Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

B.1. SOFC
B.1.2 Cellernes reaktion
På figur B.1 ses, hvad der sker inde i en SOFC, og hvilke stoffer der kommer ind og ud af cellen. Derudover
fremgår, hvilke kemiske reaktioner, der sker ved anoden og katoden.
Anodens reaktion:
2H2 + 2O 2− → 2H2O + 4e −
Der kommer 2 brintmolekyler ind til anoden og der kommer 2 O 2− ioner i gennem elektrolyten til anoden.
Når brintmolekylerne og iltionerne reagerer med hinanden, dannes damp og elektroner. Vandet
løber ud af cellen, og elektronerne løber i et ekstern kredsløb til katoden.
Katodens reaktion:
O2 + 4e − → 2O 2−
Ilt kommer i kontakt med katoden og reagerer med 4e − fra anoden og spaltes til 2 O 2− . Iltionerne
løber igennem elektrolytten, og reagerer med brinten på anodesiden.
Den samlede reaktion for cellen:
(B.1)
(B.2)
2H2 +O2 → 2H2O (B.3)
Af den samlede reaktion ses, at brint og ilt på gasform kommer ind i cellen og reagerer til damp. Ved
denne reaktion produceres elektrisk energi over anoden og katoden i cellen.
B.1.3 Cellernes virkningsgrad
Måden at finde virkningsgraden af cellen er at finde brændværdien for brint og dividere dette tal med
den målte spænding over cellen, se formel B.4. Virkningsgraden kan beregnes ved følgende formel:
ɛ o findes med formelen
η = Vcelle
ɛ o
ɛ o −∆ ¯g
=
2F
[·] (B.4)
[V ] (B.5)
Formel B.5 giver spændingen over cellen, når der ingen belastning er over cellen, dvs at strømmer er
0. F er Faradays konstant som er 96485 C
mol og tallet 2 er fordi der er 2 elektroner, der løber i kredsløbet
ved reaktionen. ∆ ¯g f er molar specifik Gibbs fri energi. ∆ ¯g f er fundet ud fra formel B.6
∆ ¯g = ∆ ¯ h − T ∆ ¯s
∆ ¯ h enthalpiforskellen i anodens reaktion minus temperaturen i kelvin gange entropiforskellen i anodens
reaktion. I tabel B.1 ses tre udregnede værdier for ∆ ¯g [Larmine, 2003].
k J
mol
Tabel B.1: Værdi for ∆ ¯g , ∆ ¯ h og ∆ ¯s [Larmine, 2003].
Temperature [ ◦ C] ∆ ¯ h [KJmol −1 ] ∆ ¯s [KJmol −1 ] ∆ ¯g [KJmol −1 ]
500 -242,6 -0,053 -205,0
700 -247,6 -0,054 -194,2
900 -248,8 -0,056 -183,1
Det er vigtigt ikke kun at tænke på spændingen over cellen, men også på strømtæthed i cellen (A/cm 2 ).
Strømtæthed er brugt i brændselsceller til at give et bedre billede af strømmen i cellen og mængden
XI
(B.6)