直接碳燃料电池性能研究

直接碳燃料电池(DCFC)勿需碳和氧气气化、重整,而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料的理论利用率可达100%,是一种高效、清洁的燃料电池.文章所介绍的组装DCFC单体电池,以石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂,采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂,该电池工作温度为500～700℃.对不同工作温度、不同电解质和不同氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究.结果表明:随着工作温度的升高,电池输出性能有很大提高;KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min,温度为650℃时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为118mA/cm2和0.054 W/cm2,开路电压达到0.76 V.     

直接碳固体氧化物燃料电池研究进展:碳燃料和逆向Boudouard反应催化剂

直接碳固体氧化物燃料电池(direct carbon solid oxide fuel cells,DC-SOFCs)是一种能够将固体碳中的化学能直接转化为电能的新型能量转换装置,具有理论效率高、燃料来源广泛、成本低以及绿色环保等突出优势.根据DC-SOFC的工作原理,其运行过程是一个动力学控制步骤,即阳极侧CO的电化学氧化反应与碳燃料中逆向Boudouard反应的有效耦合保证了DC-SOFC的高效稳定运行.其中,速率相对较慢的逆向Boudouard反应是电池电化学性能的决定因素.因此,设计提高逆向Boudouard反应速率是促进DC-SOFC产业化进程的有效途径,也是发展趋势.国内外研究者采取了一系列措施来实现此目标,其中最简单有效的两种方法是:①在固体碳燃料中担载逆向Boudouard反应催化剂;②直接采用多孔结构且天然富含金属元素的生物质炭为燃料.基于近年来的前沿研究,本文综述了采用不同类型逆向Boudouard反应催化剂和碳燃料的DC-SOFCs最新研究进展,系统总结了DC-SOFCs的研究现状、面临的挑战和未来发展方向,以期为开发高性能、长寿命DC-SOFCs提供有价值的参考.     

高温燃料电池_燃气轮机混合发电系统性能分析

针对 高温燃料电池系统的高效率、环保性以及排气废热的巨大利用潜能,将其与燃气轮机组成混合装置进行发电是未来分布式发电的一种极有前景的方案。文中对高温燃料电池及混合循环系统作了简介,并对两种典型的高温燃料电池－燃气轮机混合循环发电系统进行了性能分析,这将为我国高温燃料电池－燃气轮机混合循环系统的研制提供参考。     

直接碳燃料电池(DCFC)实验研究

直接碳燃料电池是一种高效、清洁的燃料电池技术,其原理是碳和氧气勿需气化和重整而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料利用率约达100%。自行组装了DCFC单体电池,工作温度为500～700℃;该电池采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂;石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂。对不同的电解质、不同的氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究。结果表明,KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为105mA/cm2和0.041W/cm2,开路电压达到0.74V。电流密度为45mA/cm2时,输出电压0.65V,可连续稳定运行20h。提出了热解-直接碳燃料电池联合系统,并以C10H22为例,分析了联合系统发电效率高达76.5%,表明该系统在未来集中式电厂中有很好的应用前景。     

关于直接碳燃料电池燃料碳的探讨

直接碳燃料电池（Direct Carbon Fuel Cell,DCFC）采用碳作为阳极燃料,热效率远高于氢燃料电池,产物二氧化碳无需提纯就可工业应用或隔离存放,具有转化效率高、清洁、燃料适应性广的特点。文中对直接碳燃料电池的燃料碳进行了探讨,系统地分析了碳的结晶紊乱程度、表面含氧官能团、导电性、灰分、硫分、颗粒尺寸、比表面积以及孔结构对电池性能的影响。     

燃料电池研究进展及发展探析

燃料电池是一种清洁、高效的能源利用方式。发展燃料电池对于改善环境,实施能源可持续发展具有重要意义。本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及优点,详细阐述了目前燃料电池的应用和研究进展。指出随着电池材料的发展、制备技术的提高及生产成本的降低,燃料电池具有广阔的市场前景。     

新型低温固体氧化物燃料电池研究进展

综述了近年来低温固体氧化物燃料电池(LTSOFC)的研究进展。分别介绍了氧离子传导型LTSOFC、质子传导型LTSOFC以及氧离子质子共传导型LTSOFC的工作原理、关键电池材料(电解质、电极)和电池制备技术的研究现状和发展趋势，并指出了目前存在的问题。     

基于AspenPlus的兆瓦级燃料电池分布式发电系统建模及仿真分析

目的   燃料电池分布式发电技术是适应未来能源低碳化、清洁化、高效化发展趋势的重要应用方向。国内燃料电池电站项目较少,缺乏实际项目经验积累。为了推进燃料电池分布式电站技术的应用,文章概述了国内外应用现状,总结了高温燃料电池的优势与不足,调研了国内燃料电池建设应用案例,并建立了固体氧化物燃料电池与熔融碳酸盐燃料电池发电系统流程。 方法   经过文献调研与实地调研,确定了两种适合建设大型电站的燃料电池分布式发电技术,并利用AspenPlus化工模拟软件建立燃料电池系统流程模型、电化学模型和能量分析模型,并开展系统的性能仿真分析。 结果   分析结果与实际运行结果相吻合,分析预测的系统性能趋势与已有研究相一致。 结论   该仿真方法可用于兆瓦级高温燃料电池分布式发电系统的研究,可为扩大燃料电池应用规模提供数据支持。     

氢能知识系列讲座(6)利用氢能的高效设备(二)——高温燃料电池

本讲将介绍高温燃料电池,即工作温度在500～1000℃的燃料电池,主要指工作温度在900～1000℃的固体氧化物燃料电池(SOFC)和工作温度在650℃左右的熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)。     

直接碳燃料电池活性炭制备的实验研究

以KOH为活化剂,采用化学活化法对橡木锯屑制取活性炭进行了实验研究。考察了活化温度、碱炭比和活化时间对活性炭比表面积的影响,得到了制取活性炭的最优工况,随后对此工况下的活性炭先后使用HNO3浸渍和乙酸镍Ni负载。结果表明,最优工况下制备的活性炭比表面积为1967m2/g。HNO3浸渍可以增加活性炭表面含氧官能团的种类和含量,也能较大程度地降低活性炭的灰分,乙酸镍Ni负载后,活性炭体积电阻率降低了很多。     

基于卡尔曼滤波算法的固体氧化物燃料电池的状态预估研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种多输入多输出、强耦合和强非线性的新型发电装置,对其内部状态变量的预估将有助于了解实际SOFC的运行过程和实现高效控制器的设计。本文采用卡尔曼滤波算法对SOFC的状态进行预估。通过对SOFC发电原理的深入分析,建立其离散时间的状态空间模型;采用卡尔曼滤波算法对SOFC的各气体进气侧压力值进行预估,并将预估值带入输出电压方程,对SOFC下一时刻的电压进行预估。MATLAB/Simulink仿真结果表明,氢气、氧气和水蒸气压力的估计值与真实值的误差分别为0.425×10⁵,0.141×10⁵和0.364×10⁵ Pa,远小于各气体压力测量值与真实值的误差1.479×10⁵,1.165×10⁵和1.155×10⁵ Pa,同时SOFC输出电压的估计值较为符合真实值的变化,验证了卡尔曼滤波算法在SOFC状态预估中的有效性和实时性。     

流化床电极直接碳燃料电池实验研究

将流化床电极应用到直接碳燃料电池(DCFC)中,得到一种新型的流化床电极直接碳燃料电池(FBEDCFC).为研究该燃料电池的输出特性,搭建了环形FBEDCFC实验装置,分析了反应温度、阴极气体流速、阳极气体流速、镍催化剂添加量和炭颗粒粒径对燃料电池放电曲线的影响.结果表明:反应温度为923K、阳极气体流速为18.59mm/s、阴极气体流速为19.57mm/s、镍催化剂添加量为45g、炭颗粒粒径为2.5~3.5mm时,可得到FBEDCFC的开路电压和最大输出功率密度,分别为0.896V和28.70mW/cm2.     

直接液体甲醇燃料电池的数学模型

描述了一个用于模拟直接甲醇燃料电池特性的垂直于流道的二维数学模型。模型同时考虑了电化学动力学、水动力学和多组分传递。计算了电地内反应物浓度的分布、电流密度分布、甲醇窜流以及电压—电流特性曲线等。结果表明：集流板前的催化层内反应物浓度非常低；流道边缘附近电流密度比平均电流密度大许多倍。图5表l参9     

燃料电池及其发展概况

概述了燃料电池原理并计算了氢氧型燃料电池可逆条件下电池电压和效率。介绍了国外熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、固体氧化物型燃料电池（SOFC）和固体高分子型燃料电池（PEFC）的最新进展,国内的发展状况。