Sel Bahan Bakar Oksida Padat (SOFC) beroperasi pada suhu yang lebih tinggi daripada sel bahan bakar karbonat cair, dengan suhu kerja berkisar antara 800 hingga 1000 derajat. Pada sel bahan bakar jenis ini, gaya gerak listrik berasal dari tekanan parsial oksigen yang berbeda di kedua sisi sel. Sel individual terdiri dari dua elektroda (elektroda bahan bakar sebagai elektroda negatif dan elektroda oksidan sebagai elektroda positif) dan sebuah elektrolit. Fungsi utama anoda dan katoda adalah menghantarkan elektron dan menyediakan jalur difusi gas reaksi dan gas produk.
Elektrolit padat memisahkan gas di kedua sisi. Karena perbedaan tekanan parsial oksigen di kedua sisi, gradien potensial kimia oksigen dihasilkan. Di bawah pengaruh gradien potensial kimia ini, ion oksigen yang memperoleh elektron di katoda bergerak menuju anoda melalui elektrolit padat. Di anoda, elektron dilepaskan, menciptakan potensial tegangan antara kedua kutub.
Sel Bahan Bakar Oksida Padat (SOFC) disebut-sebut sebagai sel bahan bakar generasi ketiga, dengan oksida logam padat dan tidak berpori sebagai elektrolitnya, yang melaluinya ion oksigen berpindah ke dalam kristal untuk mengangkut ion. Teknologi tersebut kini telah mencapai tahap matang. Namun, karena terbatasnya jumlah bahan yang mampu beroperasi pada suhu tinggi dan biayanya yang tinggi, terdapat pergeseran ke arah pengembangan sel bahan bakar suhu menengah.
Prinsip
Ketika Sel Bahan Bakar Oksida Padat (SOFC) beroperasi dengan gas format ulang (campuran hidrogen dan CO) sebagai bahan bakarnya, reaksi berikut terjadi di dalam sel bahan bakar:
Di katoda, molekul oksigen memperoleh elektron dan direduksi menjadi ion oksigen, yaitu,
O2+4e−→2O2−
Di bawah pengaruh perbedaan potensial dan konsentrasi penggerak di kedua sisi membran elektrolit, ion oksigen, melalui kekosongan oksigen di membran elektrolit, mengalami transisi terarah ke sisi anoda dan terlibat dalam reaksi oksidasi dengan bahan bakar, yaitu,
H2+O2-→H2O+2e-
CO+O2-→BERSAMA2+2e-
Reaksi Keseluruhan:
H2+CO+O2→BERSAMA2+H2O
komposisi
Untuk memenuhi fungsi konversi energi listrik dengan lancar, tumpukan SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) harus mencakup komponen-komponen berikut:
(1) Perangkat konversi elektrokimia yang terdiri dari elektrolit padat dan katoda dan anoda. Di antara bahan elektrolit, zirkonia yang distabilkan yttria adalah yang paling matang dikembangkan.
(2) Pembaru bahan bakar. Perangkat ini mencakup katalis, pembawa, dan wadah. Ini mengubah bahan bakar menjadi molekul gas kecil, seperti metana, dan ditempatkan di ujung depan tumpukan sel untuk menukar panas yang dihasilkan selama pengoperasian sel bahan bakar.
(3) Saluran pengangkutan gas dan bahan bakar (atau penyalur gas). Logam umumnya digunakan sebagai bahan saluran untuk memastikan difusi dan pengangkutan reaktan yang optimal.
(4) Pengumpul arus, juga dikenal sebagai sikat listrik, biasanya terbuat dari logam atau bahan dengan konduktivitas elektronik yang baik, sangat penting untuk konduksi yang efisien.
(5) Sensor. Berbagai sensor yang tersedia secara komersial dapat digunakan untuk memantau suhu, arus, jenis senyawa, dan tegangan keluaran sel.
(6) Perangkat pengontrol termal, seperti lapisan isolasi, pendingin, penukar panas, dan sistem ventilasi.
(7) Rumah logam atau kaca-keramik. Bahan yang dapat digunakan pada suhu kamar, seperti baja tahan karat 304, digunakan. Bahan tahan suhu tinggi diperlukan untuk kontak internal dengan SOFC, sehingga paduan logam komersial cocok untuk mengurangi biaya produksi.
Karakteristik
Sel Bahan Bakar Oksida Padat (SOFC) adalah jenis sel bahan bakar yang ideal, tidak hanya memiliki efisiensi tinggi dan keunggulan ramah lingkungan dibandingkan sel bahan bakar lainnya tetapi juga memiliki karakteristik menonjol berikut:
(1) SOFC memiliki struktur yang sepenuhnya padat, menghilangkan masalah korosi dan masalah kehilangan elektrolit yang terkait dengan penggunaan elektrolit cair, sehingga menawarkan potensi pengoperasian jangka panjang.
(2) Beroperasi pada suhu antara 800 dan 1000 derajat, SOFC tidak hanya menghilangkan kebutuhan katalis logam mulia tetapi juga dapat langsung menggunakan gas alam, syngas, dan hidrokarbon sebagai bahan bakar, sehingga menyederhanakan sistem sel bahan bakar.
(3) SOFC melepaskan limbah panas bersuhu tinggi, yang dapat dimanfaatkan dalam siklus gabungan dengan turbin gas atau turbin uap, sehingga secara signifikan meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik secara keseluruhan.
