Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

hvor R er gaskonstanten 8,314
ET n = ɛ o −
J
mol ·K
KAPITEL 3. SOEC-TEKNOLOGI
R ·T PH2O
·ln [V ] (3.25)
n ·F PH2
PO2
, P er stoffernes deltryk [Pa] og ɛo er ligevægtspotentialet [V]
ved I=0. Den termoneutrale spænding vil stige, hvis det overordnede tryk stiger.
ET n = ɛ o −
R ·T
n ·F ·ln [Ar ed ]
[Aox]
[V ] (3.26)
hvor n er antal elektroner og Aox,r ed er reaktiviteten af henholdsvis oxidatoren og reduktoren. Det ses,
at ET n relativt simpelt kan beregnes ved:
ET n = ∆H
n ·F
[V ] (3.27)
Ved ligevægt i elektrolysen med konstant temperatur på 850 ◦ C, kan ET n også udregnes vha. 3.29 som:
ET n = ɛ o − 8,314
J
mol ·K
·(273 + 850)
n ·9,65·10 4 C ·mol −1
⇒ ET n = ɛ o − 0,09675V
n
hvor tallet 2,303 er omskrivningsfaktoren fra log til ln.
3.6 Virkningsgrader
r ed
·2,303·log
ox
[r ed]
·2,303log
[ox]
[V ] (3.28)
[V ] (3.29)
På baggrund af den foruddefinerede virkningsgrad i forordet, bliver den termiske cellevirkningsgrad
her beskrevet yderligere. Andre virkningsgrader som spændingsvirkningsgraden, varmevirkningsgraden
med flere vil ikke blive benyttet, dog vil den ideelle maksimale virkningsgrad blive nævnt. Den
maksimale virkningsgrad forekommer, når spændingen ligger meget tæt på ligevægtsspændingen ɛ o ,
som ses i ligning 3.22.
Til beregning af de forskellige virkningsgrader bruges HHV, som angivet i forordet. HHV defineres
som den energi et stof afgiver ved forbrænding, når start- og sluttemperaturen er 25 ◦ C. Dvs. inkl.
fordampning- og kondenseringsenergien [Bossel, 2003].
Den ideelle virkningsgrad beregnes således:
ηi deel = ∆H
∆G
[·] (3.30)
På baggrund af udregnede værdier for ∆H og ∆G i afsnit A.2, fåes følgende maksimale teoretiske
virkningsgrad (ηi deel ) for vandelektrolyse ved steady state ved 850 ◦ C og 5 MPa:
k J
248549 mol
ηi deel =
k J
203949 mol
= 1,21 ⇒ 121% (3.31)
Det fremgår tydeligt, at denne virkningsgrad er uopnåelig, og grænser til cellen som værende en
evighedsmaskine. Men sådanne beregninger er teoretisk mulige indenfor termodynamikken.
Det skyldes termodynamikkens 1. lov, der omhandler energibevarelse. Loven siger, at energi hverken
32