碳基燃料固体氧化物燃料电池发展前景

以煤炭、石油、天然气为代表的化石燃料是中国乃至世界的主要能源资源,其平均发电效率低(30%左右),环境危害大,迫切需要改进。燃料电池是一种高效发电装置,将燃料的化学能直接转换为电能。在各种燃料电池中,固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接使用各种含碳燃料,很容易与现有能源资源供应系统兼容,一次发电效率高(50%～60%);SOFC采用全固态结构,长期稳定性好;不使用贵金属催化剂,成本低廉。SOFC尤其适用于分布式发电系统和动力电源系统。基于我国能源结构的现状和稀土资源优势,很有必要发展碳基燃料SOFC。在SOFC从示范运行逐步走向产业化应用的过程中,迫切需要进一步提高其长期稳定性并降低成本,所以今后的研究重点是碳基燃料SOFC关键材料和系统集成创新,解决其中的材料设计和制备、碳基燃料反应特性、电池构造、理论模拟、系统集成与运行过程中的基础科学和技术问题,为高效率、低成本、稳定可靠的碳基燃料SOFC系统产业化奠定基础。     

直接CH_4固体氧化物燃料电池金属支撑体研究现状与发展

金属支撑固体氧化物燃料电池(MS-SOFC)是一种不同于传统金属陶瓷阳极支撑的新型燃料电池。MS-SOFC以高热导率的不锈钢金属材料作为支撑体,具有成本低廉、结构强度高、启动速度快、抗热震性能好等优点。然而,金属与陶瓷材料在物理和化学性能上具有截然不同的特性,将金属引入到SOFC中作为支撑体,在材料选择、电池制备工艺和燃料气体种类等方面面临很多新的问题。近年来关于MS-SOFC的研究,除了金属支撑体的材料和成型工艺外,研究者们主要尝试利用各种先进的薄膜沉积技术制备MS-SOFC的阳极、电解质和阴极,并根据多孔电极和致密电解质的不同微观结构需求,不断优化MS-SOFC制备工艺。为了实现在MS-SOFC中直接使用CH_4基燃料,研究者将纳米催化剂颗粒包覆在金属支撑体的多孔网络骨架表面,从而实现阳极在重整性和抗积碳性的双重优化。此外,通过在金属支撑体外层增加高催化活性的重整层,也可以实现碳氢燃料的原位重整,提高MS-SOFC在CH_4基燃料中的稳定性能。本文讨论了MS-SOFC的发展现状,系统总结了SOFC金属支撑体材料的研究现状,分析了MS-SOFC制备过程中的关键问题。在此基础上,特别关注了直接应用CH_4作为燃料的Ni-Fe合金支撑SOFC,分析了Ni-Fe合金支撑体的结构特性,提出增强Ni-Fe合金支撑体催化活性的措施,探讨了直接CH_4固体氧化物燃料电池金属支撑体未来的发展方向。     

固体氧化物燃料电池(SOFC)钛基钙钛矿阳极的研究进展

燃料电池是一种把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为第四代燃料电池,其结构为全固态结构,在中高温条件下工作。SOFC具备燃料范围广、材料成本低、使用寿命长、发电效率高、余热利用价值高等优点。SOFC阳极为从外界输运过来的燃料与从阴极传递过来的氧离子发生电化学反应提供场所。开发高性价比的阳极是提高SOFC性能、降低其制造成本的关键。SOFC阳极材料包括贵金属、Ni基材料、Cu基材料、钙钛矿等。然而,贵金属阳极受成本制约较为严重,Ni基阳极在使用碳氢燃料时易产生积碳而降低其使用寿命,Cu基阳极的电化学活性较低。钙钛矿阳极因其稳定的结构、较高的抗积碳和耐硫毒化能力而得到广泛关注,近年来各类钙钛矿阳极的报道层出不穷。钛基钙钛矿因其较好的催化活性、电化学稳定性、抗硫中毒及抗积碳性能成为近年来SOFC阳极研究的热点。但相较传统Ni基阳极,钛基钙钛矿仍存在催化活性和电导率较低等问题。因此,若将钛基钙钛矿阳极直接应用于SOFC中则无法满足大功率放电需求。近年来,研究者们发现可以采用掺杂、复合改性等方法来提高钛基钙钛矿阳极的电化学活性。本文以目前研究较为广泛的La掺杂钛酸锶、Y掺杂钛酸锶和其他体系的钛基钙钛矿作为对象,重点讨论了钛基钙钛矿的改性方法(如掺杂和复合)和研究进展,并给出钛基钙钛矿的发展方向。本文将为高活性、高稳定性SOFC钙钛矿阳极的研究开发提供参考依据。     

碳基燃料SOFC阳极材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一类可以将燃料气体的化学能以高效而环境友好的方式直接转化为电能的电化学反应器。最近的研究趋势是发展可以直接电化学氧化碳氢化合物燃料(如天然气)的电池,但是使用碳氢化合物作为燃料时,目前最常使用的镍-氧化钇稳定的氧化锆(Ni/YSZ)金属陶瓷阳极材料具有易积碳和硫中毒的缺点。因此,研究在燃料气氛下具有混合离子-电子电导的替代阳极材料显得尤为必要。综述了以碳基燃料工作的SOFCs阳极材料研究的一些进展,并展望本领域在未来的发展趋势。     

直接碳燃料电池燃料的研究进展

直接碳燃料电池(DCFC)具有能量转化效率高、污染低、燃料来源广等优点,是缓解能源危机和环境污染的一种有效途径,其性能与所使用的燃料密切相关。本文介绍DCFC的发展历史、研究现状及发展动态,评述了煤、焦炭、活性炭、石墨等含碳物质作为DCFC燃料的优缺点,分析讨论了碳燃料的晶体结构缺陷、表面含氧官能团对阳极电化学反应的促进作用,以及碳燃料的电解质润湿能力、孔隙结构、电导率、粒径大小对阳极电化学反应的质量传递与电荷传递的相互关系;探讨了阳极催化剂促进阳极反应并提高电池性能的机制;简要讨论了DCFC碳燃料的未来发展趋势。     

英科学家利用废弃纤维板为直接碳燃料电池提供电能

据海外媒体报道,英国科学家表示,中密度纤维板可以在最小限度改装下为直接碳燃料电池(DCFC)提供电能。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可直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料     

电动汽车和相关电源材料的现状与前景

论述了电动汽车（EV）、电动汽车用镍氢电池、锂离子电池、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及相关材料的研发现状、产业化前景，指出以电动汽车代替燃油内燃机汽车，以氢能代替碳基燃料，是当前运输业的主要发展方向。     

硼基材料在锂硫电池中的研究进展

锂硫电池因其高能量密度和低成本等优势成为新一代电化学储能技术的重要发展方向.然而,其较低的转换反应动力学和可逆性导致电池的实际容量、库仑效率和循环稳定性等仍难以满足实用化发展需求.对此,合理设计和开发具有导电、吸附、催化特性的功能材料是稳定和促进硫电化学反应的关键途径.得益于硼独特的原子和电子结构,硼基材料具有丰富且可...     

具有特殊形貌和有序孔结构燃料电池用碳材料研究进展

特殊形貌和有序孔结构碳载体材料因其独特的结构显示出与常规碳材料不同的性质,在众多领域具有广泛的应用前景。以其作为燃料电池电催化剂载体可显著改善贵金属活性组分的分散度,有利于电极内的物料与电荷传输,进而提高催化剂活性和燃料电池性能。本文综述了近年来以碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳和碳凝胶等新型碳材料作为催化剂载体的研究进展,并对未来的发展趋势进行了展望。     

甲烷干气重整镍基复合结构催化剂的研究进展

甲烷干气重整反应能够实现温室气体CO₂和CH₄的转化利用, 其反应产物合成气可以通过费托反应进一步生产液态燃料, 该反应在能源与环境领域具有重要意义。寻找合适的催化剂是推动甲烷干气重整工业化的关键。镍基复合结构催化剂因其与贵金属催化剂相媲美的催化活性和低廉的工业成本而受到广泛关注, 但镍基催化剂存在高温下长时间反应后碳沉积和金属组分烧结所导致的失活问题, 严重影响了其工业应用和干气重整化工的发展。本文从镍基复合结构催化剂的成分、结构、制备方法及模拟计算设计等方面出发, 介绍了改进镍基催化剂活性、抗积碳和抗烧结性能的研究进展, 并结合最新的原子催化以及原位表征等研究进展对干气重整研究的发展趋势进行 展望。