Den 4 september lärde jag mig från Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering av den kinesiska vetenskapsakademin att 5kW CO2-elektrolys och dess reversibla integrerade prototyp gemensamt utvecklad av institutets bränslecellsteknikgrupp och Zhejiang Haibang Technology Co., Ltd. nyligen släpptes i Ningbo, Zhejiang. Enheten kan konvertera 1,5 kubikmeter koldioxid till 2,1 kubikmeter koldioxid per timme.
Den effektiva cykeln av koldioxidcykeln är ett viktigt sätt att uppnå målet “två kol”. Forskare Wan Bing, en tjänsteman från bränslecellsteknikgruppen vid Ningbo Institute of Materials, kinesiska vetenskapsakademin, sa att laget fortsatte att iterera och optimera den självutvecklade plattrörsoxidcellen. Den utvecklade utrustningen har stor applikationspotential i energilagring och koldioxidcykel, med marknadsförings- och demonstrationsnivå och ligger på internationell ledande nivå.
Parameteregenskaper Analys av förbättrad batteriprestanda
De befintliga teknikerna för CO2-elektrokemisk syntes av bränslen innefattar främst batterier med låg temperatur, smält karbonatbatterier och fastoxidbatterier. Bland dem kan fastoxidbatteriet effektivt omvandla CO2 till CO och O2 vid höga temperaturer för framställning av etylen och etanol och kan också kopplas till förnybar el och billiga värmekällor till den lägsta totala kostnaden.
Dessutom, eftersom fastoxidbatteriet kan delas in i ett kraftgenereringsläge och ett elektrolytcellsläge, kan det också omvandla kemisk energi av bränsle, såsom väte och naturgas till elektrisk energi genom omvänd reaktion, så det har ett stort applikationsvärde inom området för effektiv användning av CO2-cykeln.
“Koppling” avser den el som krävs för att ett fastoxidbatteri ska fungera, och som produceras av förnybar energi. ” Guan Wanbing förklarade att med dessa egenskaper utvecklade laget en nyckelteknologi för CO2-elektrokemisk syntetiskt bränsle med praktisk tillämpningsförmåga baserat på det självutvecklade plattrörsfastoxidbatteriet.
Till exempel studerade laget år 2020 den långsiktiga driftsstabiliteten och effektiviteten hos ett plattrörs fastoxidbatteri för CO2-elektrolys genom att förbättra batteriprestanda. Resultaten visar att i atmosfären vid 750 ° C, CO2 och H2-koncentrationer på 75% respektive 25% är den elektrolytiska driftstiden för CO2 vid en viss konstant strömtäthet nära 2000 timmar, vilket uppdaterar den maximala körtiden som beskrivs i den offentliga litteraturen och dämpningsgraden är 4,9%/tusen timmar.
I detta tillstånd kan CO2-omvandlingshastigheten nå 42% under CO2-elektrolysprocessen och den elektrolytiska övergripande energikonverteringseffektiviteten kan nå mer än 95%. Guan Wanbing sa att på grundval av detta har laget tagit ledningen i att studera CO2-elektrokemisk syntetisk bränsleteknik med kopplade förnybara energikarakteristika under de senaste två åren, nära kombinerat med energilagringskraven för förnybar el.
Genom flera års grundforskningsarbete kan laget förstå variationsegenskaperna hos viktiga tekniska parametrar för elektrolytisk CO2-syntetisk bränsleteknik med fastoxidbatteri.
Guan Wanbing sa att forskningen om beredningsprocessen, prestanda, effektivitet, stabilitet och dämpningsmekanism för batteriet huvudsakligen är baserad på ett enda batteri. Efter att prestanda för ett enda batteri har ökats till en viss standard började laget utveckla en berednings- och förpackningsprocess för en kW solid oxidreaktor. Efter att kW stapeltekniken mognat, utvidgades reaktorns skala gradvis.
Steg för steg utmaning kraft förberedelse multifunktionsmaskin
I slutet av förra året lanserade bränslecellsteknikgruppen vid Ningbo Materials Research Institute of the Chinese Academy of Sciences och Zhejiang Hydrogen National Technology Co., Ltd. gemensamt utvecklingen av CO2-elektrolys och dess reversibla utsläppsintegration, som framgångsrikt utvecklades i mars 2022.
“På grundval av detta har även utvecklingsplanerna för den elektriska prototypen på 5 kW tagits upp på dagordningen.” Guan Wanbing sa att den så kallade “elektrolytiska reversibla urladdningsintegreringen”, som namnet antyder, är att utrustningsprototypen kan inse den alternativa driften av de två lägena genom att ställa in programläget och därigenom realisera den alternativa omvandlingen av elektrisk energi, kemisk energi och elektrisk energi.
Det är värt att nämna att på grund av användbarheten av olika bränslen av nickelbaserade elektroder i fastoxidceller innefattar bränslen CO2, CO, CH4, NH3 och andra gaser. Enheten kan inte bara katalysera elektrolysen av CO2, utan även användas för väteproduktion genom elektrolys av vatten.
För att elektrolysera CO2 i prototypen och realisera den våta reformeringen av vatten och metan utvecklade laget självständigt en förångare som var lämplig för bränslecellens kraftproduktionsläge och utvecklade en värmeväxlare med extremt låg flödesmotstånd, låg kostnad och hög prestanda, som huvudsakligen används för återvinning och behandling av avgasenergi.
Det rapporteras att kostnaden för denna 5 kW reversibla maskin är cirka 1 miljon yuan. Den förväntade livslängden för kärndelen av elektrolytcellen är 20 000 timmar. På grund av den låga kostnaden är det en förbrukningsvara som kan bytas ut regelbundet. Utrustningens totala livslängd kan nå mer än 10 år.
När det gäller marknadsföring och tillämpning anser Guan Wanbing att för att kommersialisera den reversibla integrerade maskinen med 5 kW fastoxidbatteri på kort tid är det nödvändigt att övervinna problemet med hög utrustningskostnad. Laget hoppas att elektrolytorns livslängd kommer att brytas ytterligare till mer än 40 000 timmar.
Guan Wanbing sa att det framtida laget kommer att göra en djupgående studie om batteriets volatilitet och reversibilitet för att förbättra prestanda hos fastoxidbatterier. När det gäller elektrolytisk utrustning kommer vi att försöka lägga till fler funktioner för att uppnå intelligent drift och sedan börja utveckla en 100 kW CO2 elektrokemisk syntetisk bränsleintegrationsmaskin för att ge en ny teknisk vägreferens för inhemsk återvinning av CO2-resurser.
(Källa: Ningbo Science and Technology Bureau)