Microtube 고체 산화물 바카라 족보 전지 (SOFC)를 통합하는 작고 저온 바카라 족보 전지 모듈을 개발했습니다

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")고급 제조 프로세스 연구 부서[연구 부서 이사 Murayama Nobumitsu] 기능 모듈화 연구 그룹 [연구 그룹 Fujishiro Yoshinobu], Fine Ceramics Technology Research Association [KATO Taro 회장] (이하 "FCRA"), Nippon Special Director, Ltd (Ceo Kato riro) (HIGHINA KATO RILT) 특별 세라믹 ") 및 Toho Gas Co, Ltd소프트 산화 바카라 족보 전지(SOFC)의 다목적 배치를 가능하게하는 고성능Microtube Type SOFC고도로 통합모듈

SOFC는 일반적으로 800 ° C 이상의 고온에서 작동되므로 응용 분야는 제한되어 있으며 저온 작동은 이전에 작동하기 어려웠습니다빠른 작동시작하고 멈출 수있는 SOFC 모듈을 실현하는 것이 바람직했습니다 이번에는 다양한 시스템 사양을 수용하고 가스 모델을 생산할 수있는 수십 ~ 수백 W 클래스를 목표로 발전 모듈을 만들었습니다매니 폴드의 연결 및 현재 수집 상태를 확인하기 위해 모듈에서 발전 테스트가 수행되었습니다 그리고 특성을 이해합니다 2 개의 마이크로 튜브 SOFC 통합 장치가 장착 된 모듈 (90 셀)은 2 w/cm³높은 레벨발전 밀도를 확인하는 동안, 우리는 40% 이상의 발전 효율과 50 W 이상의 출력을 얻었습니다 또한 8 개의 통합 단위가 장착 된 200W 클래스 모듈을 성공적으로 개발하고 수백 W 클래스 모듈에 대한 기본 제조 및 평가 기술을 확립했습니다 (그림) 앞으로 200W 클래스 모듈을 사용할 것입니다보조 자동차 전원 공급 장치 (APU), 작은Cogeneration등에 대한 적용 가능성을 평가할 것입니다

이 연구 결과는 프로젝트 "Nedo"프로젝트를 기반으로합니다 "세라믹 원자로개발"의 발전 때문이며 2009 년 9 월 16 일 Ehime University 및 2009 년 10 월 6 일 오스트리아 비엔나에서 열린 11 번째 SOFC 국제 심포지엄에서 열리는 일본 세라믹 협회 22 번째 가을 세라믹 협회에서 발표 될 예정입니다

Microtube 유형 SOFC 고성능 모듈

바카라 족보 전지는 높은 발전 효율을 달성 할 수 있으며 지구 온난화의 원인 중 하나라고합니다₂생성 된 재료의 양을 크게 줄이기 위해 다양한 방법이 개발되었습니다 이 중에서 가장 효율적인 바카라 족보 전지는 세라믹 부재로 구성된 고체 산화 바카라 족보 전지 (SOFC)입니다 SOFC는 다른 바카라 족보 전지보다 고온 범위 (800-1000 ° C)에서 작동하여 배기 열이 바카라 족보 개질 및 온수 저장에 사용되어 전체 시스템의 에너지 효율을 크게 향상시킵니다 또한, 다른 바카라 족보 전지보다 장기 안정성이 높다는 것이 입증되었습니다 그러나 SOFC는 지금까지 고온에서 작동하기 때문에 열 사이클링이 적고 부하 변동이 적은 발전 시설의 응용 프로그램으로 제한되었습니다 따라서 SOFC 애플리케이션의 범위를 넓히고 가정 분산 전원, 모바일 전자 전원, 자동차와 같은 보조 전원 등을 위해 광범위하게 이용할 수 있도록 650 ° C 이하의 작동 온도를 가진 SOFC 모듈을 실현하고 빠르게 중지하는 것이 바람직했습니다 마이크로 튜브 SOFC는 빠른 시작 및 종료를 허용하는 기술로 유망한 것으로 간주되지만 통합이 어렵 기 때문에 여러 kW의 전력 생성 척도를 다루는 소형 고도로 효율적인 SOFC 모듈을 실현하는 것이 바람직했습니다 (그림 1)

그림 1 : 다양한 바카라 족보 전지 개발 상태와 소형 SOFC 개발의 필요성

AIST, FCRA, NIPPON 특수 세라믹 및 TOHO 가스는 공동으로 650 ° C 미만의 작동 온도와 함께 SOFC를 실질적으로 사용하여 신속하게 시작할 수 있으며 NEDO 프로젝트의 일환으로 "Ceramic Reactor Development"(FY2005-2009)의 일부로 전력 출력이 높은 연구를 수행했습니다 지금까지 우리는 직경의 밀리미터 서브 MM의 고성능 마이크로 튜브 유형 SOFC를 성공적으로 개발했으며, 빠르게 시작할 수있는 SOFC로서, 설탕 큐브 크기를 통합 단위 (큐브) 제조하는 방법을 설정하고 550 ° C, 2 W/CM의 온도에서 제조 방법을 설정했습니다³위의 검증 된 발전 특성 (발표가 발표되면 2007 년 3 월 29 일) 또한이 회사는 통합 장치 및 모듈의 성능을 향상시키기 위해 Microtube SOFC를 개선하기 위해 노력하고 있으며 현재 American Scientific Journal "과학"(2009 년 8 월 14 일)에 발표되었습니다

이러한 고성능 마이크로 튜브 SOFC를 사용하여 시스템을 실질적으로 구현하기 위해, 이러한 마이크로 튜브 SOFC의 통합 수준을 높이고 필요한 출력에 따라 무료 전기 연결을 허용하는 높은 통합 기술을 포함하여 모듈화 기술을 확립하고 검증해야합니다 고도로 통합 된 마이크로 튜브 SOFC를 사용한 프로토 타입 모듈의 개발과 발전 특성을 평가하여 제조 기술의 효과를 확인했습니다 AIST는 각 모듈 요소의 기본 성능을 평가했으며 결과를 기반으로 FCRA 및 NIPPON 특수 세라믹은 모듈을 설계하고 제조했습니다 그런 다음이 연구는 완성 된 모듈의 데모 및 평가를 수행하여 작업을 공유함으로써 수행되었습니다

이번에는 고도로 통합 된 마이크로 튜브 SOFC를 사용하여 50W 클래스 모듈로 발전 성능을 확인했습니다 이는 빠른 시작 및 정지에 내성이있는 구조이며, 고도로 이온-면도성 물질로 알려진 가돌리니아-고고 세리아 및 스칸디아 안정화 된 지르코니아 전해질을 사용하는 구조입니다 구체적으로, 임의의 발전 출력을 얻을 수있는 모듈은 구성 요소의 형상 정확도를 향상시킴으로써 만들어진 여러 15-30 W 클래스 통합 장치 (3 병렬 9-15 단계)를 결합하여 제작되었습니다 이 50 W 클래스 모듈은 평행 한 3 개의 마이크로 튜브 SOFC와 병렬 (90 셀) 및 부피 발전 밀도 2 w/cm³모듈 생성은 수준 (통합 단위에 따라)에서 수행되었으며, 50W 이상의 출력이 40% 이상의 발전 효율로 얻어졌다 (도 3) 또한, 바카라 족보 이용률이 낮은 조건 하에서 더 높은 출력이 얻을 수 있음이 확인되었다 이 연구 개발은 추가 200W 클래스 모듈을 완료하고 평가했습니다 이 200 W 클래스 모듈은 8 개의 통합 장치를 통합하는 복잡한 구조를 가지고 있지만 가스 매니 폴드와 현재 수집 구조를 포함하는 발전 장치를 성공적으로 제조함으로써 고성능 출력에 대한 전망을 제공했으며, SOFC를 다중 구역 애플리케이션으로 확장하는 단계라고 생각합니다

그림 2 : 작고 고효율 SOFC 셀 및 모듈의 개발

그림 3 50 W 클래스 모듈 발전 테스트 결과

이 작고 고도로 통합 된 SOFC 모듈은 단위 부피당 통합 정도 (전극 영역)를 갖춘 세계 최고 수준의 발전 모듈이며, 바카라 족보 전지 시스템의 소형화 및 높은 출력을위한 효과적인 기술입니다 또한 1cm는 기본 구성 요소 인 통합 장치에서 사용됩니다³단위당 2W 이상의 모듈 발전이 가능하다는 것이 입증되었으며, 마이크로 튜브 SOFC 고도로 통합 된 모듈의 개발을 위해 제조 및 평가 기술이 확립 된 것으로 여겨진다

이번에 개발 된 마이크로 튜브 유형 SOFC의 모듈화 기술은 10W의 소형 모바일 장치 (모듈 볼륨 치수 : 몇 가지 10 cm³), 여러 kW 클래스 (모듈 볼륨 크기 : 여러 1000 cm³)까지 가속화 될 것으로 믿어집니다

앞으로는 셀 및 모듈 구성을 더욱 향상시킬 것이며 다양한 시스템 사양을 수용 할 수있는 모듈을 실현하기 위해 다양한 작동 조건 하에서이를 확인하고 성능을 더욱 향상 시키려고 시도하고, 충격에 비해 강화 된 고성능 발전 모듈로 개발할 것입니다

◆ 소프트 산화 바카라 족보 전지 (SOFC;고체 산화 바카라 족보 전지)

 

바카라 족보 전지는 물의 전기 분해의 역 반응을 통해 수소와 산소의 화학 반응으로부터 직접 전기를 생성 할 수있는 매우 효율적이고 깨끗한 발전 방법이며, 여러 방법이 개발 중입니다 이 중 SOFC는 800-1000 ° C에서 작동하는 산화물 바카라 족보 전지로, 매우 효율적이고 내구성이 뛰어나며 배기 열을 사용하여보다 효율적으로 만들어 진 실제적으로 사용될 것으로 예상됩니다 반면에, 고온 작동으로 인해 열 충격이 약하기 때문에 시작하고 빠르게 중지하기가 어렵다는 단점이 있습니다 최근에 연구 개발은 500-600 ° C의 온도, 고효율 및 빠른 시작 및 정지에서 저온 작동을 가능하게하기위한 지향적이며, 향후 가정 공동성 시스템 및 자동차와 같은 운송 장비의 보조 전원 (APU)에 적용될 것으로 예상됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ Microtube Type SOFC

 

바카라 족보 전지를 마이크로 튜브로 변환함으로써 열 충격 저항이 증가하고 빠른 시작 작업이 가능할 것으로 예상됩니다 또한 튜브 직경을 줄임으로써 바카라 족보 전지 부피 당 발전 출력이 급격히 증가하여 모듈의 크기와 온도를 줄일 수 있다고보고되었습니다 튜브는 일반적으로 양극 재료로 만들어지며 전해질과 공기 전극은 튜브 표면에 형성됩니다 현재까지 직경이 04-2 mm 인 고성능 마이크로 튜브 SOFC가 개발되었습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 모듈

 

바카라 족보 전지 자체 외에 전기를 생성하기위한 가장 작은 장치를 나타냅니다 일반적으로 바카라 족보 전지, 가스 씰, 매니 폴드 등을 포함한 적분 구조를 모듈이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 빠른 작동

 

SOFC를 사용하려면 SOFC를 작동 온도로 올려야합니다 이 경우, 사용 편의를 위해 빠른 온도 상승 및 정지가 선호되지만 반면에 발전 모듈에서 큰 온도 분포가 발생하여 열 응력으로 인해 세라믹 구조가 파손될 수 있습니다 따라서 빠른 온도 상승과 정지는 SOFC의 주요 기술 문제입니다 기존의 SOFC 시스템에는 1 시간 이상의 시작 시간이 필요하지만, 버너의 직접 가열에 의해 즉각적인 스타트 업이 수행되는 경우에도 마이크로 튜브 SOFC는 문제없이 작동 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Manifold

 

바카라 족보 가스 및 공기를 도입하는 데 필요한 구성 요소를 바카라 족보 전지에 공급합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 생성 밀도

 

일반적으로 전극 영역은 1cm²단위당 생성 된 전력을 나타냅니다 바카라 족보 전지의 부피당 생성 된 전기의 양을 비교할 때, 이는 체적 발전 밀도로 표현되며 정상 전력 밀도와 별도로 기록된다[참조로 돌아 가기]

◆ 자동차 보조 전원 공급 장치 (APU)

 

자동차가 더욱 효율적으로되면 최근 자동차에는 더 많은 전기가 필요합니다 이 목적에 필요한 전력을 공급하는 보조 전원입니다 일반적으로 장거리 트럭 운전자가 낮잠을 자면 에어컨을 운영하기 위해 보조 전원을 사용하여 에어컨을 운영하는 것이 예상되며, 이는 공회전과 대기 오염 물질의 방출로 인한 에너지 손실을 최소화합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Cogeneration

 

에너지 원의 배기 열을 사용하여 전반적인 에너지 효율을 높이는 방법 또한 시스템 전원 공급 장치와 분산 전원 공급 장치를 결합한 시스템을 참조 할 수도 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 세라믹 원자로

 

물질과 에너지를 변환 할 수있는 기능성 세라믹 재료를 사용하는 화학 반응 제어 시스템 예를 들어, yttria가 용해되는 지르코니아 (ZRO)₂) 세라믹 (YSZ)과 같은 산소 이온 전도성 재료 산소 이온의 특성을 활용하고 결정을 통해 이동하고 센서, 바카라 족보 전지 발전, 가스 정제 등에 사용될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]