整体煤气化固体氧化物燃料电池混合发电循环的性能分析

介绍了整体煤气化固体氧化物燃料电池混合发电循环(IG_SOFC/CC)的拓扑结构,基于商业软件Aspen Plus平台,建立了IG_SOFC/CC混合发电系统模型,分析了IG_SOFC/CC混合发电系统的性能,分析结果表明该系统具有较高的发电效率。     

固体氧化物燃料电池发电系统模型建立及逆变器仿真研究

以固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,以释放变换器上电感能量,减少电容充电时间为目的,提出了在DC/DC变换器中增加一个反激式绕组。该反激式绕组的输出端、接地端分别与DC/DC变换器的输出端、输出接地端相连,构成输出回路,以释放输入电感启动时多余能量,保证输出直流母线电压的稳定性。逆变器输出电压控制采用模糊PID控制策略,可在固体氧化物燃料电池输出电压不稳定时,通过监测该系统的输出电压和给定电压差值,在线调整KP、Kd、Ki控制输出量。该控制策略与传统PID控制策略进行了比较,比较结果证明其性能优于传统PID控制策略。采用Matlab软件搭建系统模型,固体氧化物燃料电池发电系统的仿真研究验证了以上的理论分析。     

两种低热值生物质气发电方式的实验研究

通过实验数据对生物质气固体氧化物燃料电池(BIO-SOFC)和生物质气内燃机两种不同的低热值生物质气发电系统的特点进行了研究,结果表明以生物质气为固体氧化物燃料电池(SOFC)的燃料时,生物质气的成分变化对SOFC性能的影响较大,而燃料热值对其发电性能影响很小。对于生物质内燃发电机组,燃料的热值对系统性能有较大的影响。通过实验详细分析了生物质气中各气体成分对固体氧化物燃料电池性能的影响。综合实验数据的对比及两种发电系统各自的特点,分析了两种生物质气发电方式的在不同应用领域的前景。     

热喷涂制备固体氧化物燃料电池的研究现状

介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作原理和各组成元件的性能要求及其制备工艺,分析了SOFC发展过程中存在的主要问题,着重论述了基于热喷涂技术制备SOFC的国内外研究现状,以及电池结构对其输出性能的影响。     

阳极支撑平板状SOFC过电势模型及分析

平板型固体氧化物燃料电池由于具有高效率、低污染物排放等特点,是未来发电的主要方向。当电池运行产生电流时,就会伴随电荷传输产生活化极化,伴随质量传输产生浓差极化,根据材料导电性的不同相应产生一定大小的欧姆极化,从而降低了燃料电池的开路电压,并对电流密度和输出功率产生影响。为了能使燃料电池更好地运行,就必须要了解对过电势产生影响的各种因素,所以建立了阳极支撑的平板状SOFC过电势模型,分析了电流密度、温度以及一些结构参数对三种过电势的影响,对阳极支撑型和电解质支撑型燃料电池的性能进行了比较。     

考虑电池利用率的燃料电池控制策略

电池利用率作为燃料电池系统控制器设计中的关键因素,它的取值决定了燃料电池是否能够安全、高效地运行。在充分考虑合理的电池利用率取值区间以及固体氧化物燃料电池(Solid Ox-ide Fuel Cell,SOFC)发电系统的动态模型之后,提出了针对燃料处理单元与直流变换器的控制策略,使得即使负载发生突变,也能保证电池利用率在限定的范围内,并表现出良好的负荷跟踪特性。基于SOFC并网的前级直流系统仿真,验证了文中控制方法的正确性与有效性。     

CH_4-O_2固体氧化物燃料电池化学反应研究

研究了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中的主要化学反应。同时研究了固体氧化物燃料电池电极结构、三相界面（电解质／电极／气体）结构和运行环境以及它们对电池主要化学反应的影响。并通过研究Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ固体氧化物燃料电池的开路电压与甲烷流量的关系,探讨燃料电池中的主要化学反应过程对电池性能的影响。研究表明,增加电极的孔隙率,可以增加三相界面的面积,从而增加有效反应区域,有利于电池反应。提高运行温度和阴极室氧的浓度,可以提高甲烷的利用率和电池的性能。     

湿化学法制备LT-SOFCs材料及其性能研究

采用湿化学法制备了低温固体氧化物燃料电池(LT-SOFCs)阳极材料NiO、阴极材料LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)和电解质材料GDC(Gd0.1Ce0.9O1.95)粉体。X射线衍射(XRD)结果表明三种粉体成相良好,没有杂相存在。采用湿化学法合成的粉体成功制备了GDC膜电解质阳极支撑型固体氧化物燃料电池,并对单电池的电化学性能和稳定性进行了分析和研究。单电池在加湿氢气(3%H2O)燃料中,600℃下最大输出功率密度达384 mW/cm2,并在550℃下经历了约12 h的稳定性测试,输出电压恒定,电池稳定性良好。     

高温燃料电池技术分析及前景展望

着重介绍了熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池的组件材料、结构及其国内外发展状况，比较分析了这两种电池的发电技术，并结合燃料电池发电技术的发展和中国的能源资源状况对我国燃料电池的开发应用前景进行了讨论。     

ZrO2基固体氧化物燃料电池中电荷输运研究

分析了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中电子、氧离子在电池的阴极、阳极和电解质中的输运过程以及电子导电型电极有效反应区结构.具体研究了Pt|YSZ|Ag固体氧化物燃料电池(SOFC)的输出功率与电池运行温度的关系并与实验结果进行了对照,探讨了燃料电池中的主要电荷输运过程与电极有效反应区结构的关系以及它们对电池性能的影响因素.研究表明:在固体氧化物燃料电池中,电解质/电极/气体所形成的三相界面的结构、电极本身的导电性能和运行温度都直接影响电池的性能.     

CH_4-O_2型管状固体氧化物燃料电池电性能的研究

研制了管状固体氧化物燃料电池(SOFC)试验系统,电池的结构形式分别是:(一)Pt|YSZ|Pt(+)和(-)Pt|YSZ|La(Sr)MnO_3(+)以CH_4为燃料,O_2为氧化剂气体,对所研制的管状SOFC试验电池的电性能进行了研究.考察了500～700℃温度范围内的电流电压特性和电流功率特性.研究结果表明,甲烷无需经水蒸汽转化,直接送入SOFC试验电池系统,就有明显的电流产生,电池的输出电流和输出功率随温度的升高而显著提高.分析了甲烷在SOFC内直接进行电化学反应的机理,固体电解质可作为离子源或离子接受体,形成反应活性位,控制金属电极催化剂的功函,促进甲烷在阳极的氧化反应.     

CO2零排放的SOFC复合动力系统分析

基于Aspen-Plus软件建立了SOFC电池堆的模型,设计了不回收CO2的SOFC复合动力系统,针对系统特点,提出了CO2零排放的SOFC复合动力系统,对这两种系统的性能进行了详细的比较和分析。CO2零排放系统利用纯氧燃烧方式得到的燃烧产物只有CO2和水蒸气,通过冷凝得到高浓度的CO2。与带CO2脱除的常规电厂相比,极大地降低了回收CO2的能耗。通过对主要参数(燃料利用率、蒸汽/碳比、运行压力等)进行优化,详细分析了各主要参数对系统性能的影响。本文研究成果将为进一步研究高效的CO2零排放SOFC复合动力系统提供有益的参考。     

固体氧化物燃料电池的现状和未来

简述了国外固体氧化物燃料电池 (SOFC)的发展状况及近年来取得的重要进展。首先对SOFC的工作原理进行了简单的介绍 ,然后对于传统的以氢为燃料的SOFC ,重点从成本和技术两个方面 ,比较了高温和中温反应条件下 ,燃料电池阳极、阴极、电解质和层间介质所用材质的选取 ;对于近年发展起来的以碳氢化合物为燃料的SOFC ,重点介绍了碳氢化合物氧化的间接法和直接法两种工艺流程和研究现状。最后针对以氢为燃料的高温和中温SOFC及碳氢化合物为燃料的SOFC的研究和技术现状 ,分别进行了前景展望     

管型固体氧化物燃料电池技术进展

叙述了以阴极、阳极、电解质、多孔陶瓷为支撑体的各类管型固体氧化物燃料电池(SOFC)的研发现状;介绍了西门子-西屋动力公司发展管型SOFC热电联供和联合循环发电技术的进展.发展以管型SOFC为主体的联合循环发电-热电联供的洁净能源供应系统,可提高以煤、天然气等燃料的发电效率,形成用户端的直接电、热、冷联供网络.     

Hybrid fuel-cell strategies for clean power generation

A hybrid power system consists of a combination of two or more power generation technologies to make best use of their operating characteristics and to obtain efficiencies higher than that could be obtained from a single power source. Since fuel cells directly convert fuel and an oxidant into electricity through an electrochemical process, they produce very low emissions and have higher operating efficiencies. Hence, combining fuel cells with other sources, the efficiency of the combined system can be further increased or extend the duration of the available power to the load as a backup power. In this paper, different types of fuel-cell hybrid systems and their applications are presented. An analysis of the combined cycle operation of a solid oxide fuel cell (SOFC)-microturbine is presented. A strategy for combining the thermophotovoltaic power generation unit and SOFC to obtain the hybrid power system that would have higher efficiency is proposed. The hybrid operation of wind power and solar power system with proton exchange membrane fuel cell is also presented.     

混合能源直流微电网能源优化管控策略研究

混合能源直流微电网在快速跟踪负载方面具有较大优势,弥补了固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)直流微电网功率跟踪缓慢的问题。现有能源管控策略重点关注能源分配,对系统效率、运行安全性和燃料亏空方面缺乏相关研究和成熟策略。为此,提出了一种混合能源直流微型电网能源优化管控策略。首先,搭建了混合SOFC直流微电网模型。其次,采用最优操作点(optimal operating points, OOPs)实现最大效率,然后采用平均电流控制模式保证稳定的电力供应。最后,设计了基于SOFC电流的时滞控制算法来避免燃料亏空。实验结果表明,所提出的能源优化管控策略具有时间响应迅速、输出效率高和热特性良好等优势。     

开发陶瓷膜燃料电池(CMFC)大有可为

固体氧化物燃料电池 (SOFC)是世界公认的高效、便捷和对环境友好的绿色能源。探索新型的高电导率电解质材料和发展薄膜化制备技术 ,研制高性能的中温陶瓷膜燃料电池以克服传统SOFC的高温操作带来的技术困难 ,近几年来取得了突破性进展 ,简要介绍了这一历史性进程 ,特别是作者实验室的工作进展。提出了我国陶瓷膜燃料电池产业化的构想 ,展望了这种先进能源的发展前景     

固体氧化物燃料电池失效快速判断机理探讨

在简单综述了导致固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)失效的主要原因的基础上,探讨了采用实验室模拟加速的实验研究和材料损伤演化动力学与计算机模拟的理论研究来对SOFC的失效进行快速判断的可行性。     

固体氧化物燃料电池与质子交换膜燃料电池联合系统的建模与仿真

建立一种新型的发电系统结构——固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)与质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)联合发电系统,在该联合系统中SOFC不但可产生电能,同时为PEMFC提供富氢的重整气产生额外电能,提高了燃料能量转换率,也节省了外置重整器的设备消耗。该文基于质量、能量平衡并耦合电化学知识建立了SOFC-PEMFC联合发电系统模型。详细讨论了系统参数(燃料利用率、空气与燃料流量比和燃料流量)对系统性能的影响。仿真结果表明,在本文设计工况下,SOFC-PEMFC联合发电系统的发电效率和系统能源综合利用效率分别为54％和723％,高于同一功率等级下的独立SOFC发电系统和重整器-PEMFC发电系统;另外,合理的空气与燃料流量比可以改善系统性能;SOFC燃料利用率为75％时,系统发电效率达到最大;燃料流量对系统发电效率基本没有影响。     

Modelling of the radiative properties of an opaque porous ceramic layer

Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) operate at temperatures above 1,100 K where radiation effects can be significant. Therefore, an accurate thermal model of an SOFC requires the inclusion of the contribution of thermal radiation. This implies that the thermal radiative properties of the oxide ceramics used in the design of SOFCs must be known. However, little information can be found in the literature concerning their operating temperatures. On the other hand, several types of ceramics with different chemical compositions and microstructures for designing efficient cells are now being tested. This is a situation where the use of a numerical tool making possible the prediction of the thermal radiative properties of SOFC materials, whatever their chemical composition and microstructure are, may be a decisive help. Using this method, first attempts to predict the radiative properties of a lanthanum nickelate porous layer deposited onto an yttria stabilized zirconium substrate can be reported.