陶瓷支撑型SOFC组件的耦合残余应力分析

残余应力是固体氧化物燃料电池（SOFC）成功制备的关键因素。基于COMSOL Multiphysics对3%（摩尔分数）Y₂O₃掺杂ZrO₂（TZP）支撑型管式SOFC建立二维轴对称模型,分析各层组件厚度和阳极组成对其残余应力和失效概率的影响。结果表明,由于SOFC中各组件之间的热膨胀差异性,在研究的所有组件厚度组合中,阳极较易因裂纹、分层的产生导致失效;阳极中Ni的体积分数的降低可减小其失效概率,当Ni的体积分数低于0.193 1时,阳极失效概率低于10^-6。研究结果对陶瓷支撑型固体氧化物燃料电池（CS-SOFC）的高温烧结制备具有实际指导意义。     

温度对烟杆热解炭、气、油联产特性的影响

烟杆热解多联产是烟杆高值化利用的重要选择之一。文中主要研究了烟杆热解转化过程中气液固产物的形成析出机制以及联产机制。研究发现随着热解温度的升高,气体产率直线增加,固体焦逐渐减少,液体油产率则在20%左右变化不大。在低温下,热解气主要为CO2和CO,随着温度的升高,CO、H2和CH4的量逐渐增大,且在700℃时CO高达35.65%,热解气热值也升高到12.53 MJ/m3,是较理想的气体燃料。液体油的组成较为复杂,其中吡啶类、酯类和一些酸类大分子有机物含量在低温下较高,而在高温下由于二次反应而使其含量降低,苯酚类和芳环类有机物均在高温下含量较高。随着温度的上升,焦炭中的有机官能团逐渐减少,在600℃后,烟杆基本热解完全。     

煤与生物质中高温共热解特性研究

为了探究煤与生物质在中高温度条件下共热解过程中热解气的释放特性及元素析出规律,本文采用固定床反应器对松木和兖州煤在800~1 200 ℃温度下进行中高温热解实验,借助傅立叶红外气体分析仪和氢气分析仪对热解气的组分进行在线测量,并探索其动力学释放特性。结果表明:各热解气中可燃气体主要为H2、CO和CH4;热解温度升高,共热解气中的H2产量会大幅增加,高达75.4 mg/g反应物,CO产量缓慢增加至184.3 mg/g反应物,CH4产量下降;共热解过程中,H2析出最晚且过程在30~200 s,CO的释放过程比CH4快,且释放体积分数峰值更高,可达61.1 μL/L;生物质的氮结构存在形式主要为更不稳定的氨基酸和蛋白质,热解时NH3和HCN析出更快但释放峰值更低;此外,煤和生物质共热解时的协同作用不影响CO和CH4的释放。本研究可为未来煤与生物质中高温闪速共热解制气以及低碳清洁能源的利用提供一定指导。     

SrFeO_3阳极催化剂对乙醇电催化氧化性能研究

用溶胶凝胶法制备了钙钛矿型氧化物SrFeO3,热重分析(DTA-TG)和X射线衍射(XRD)分别对制备过程和产物进行分析和表征.用循环伏安、计时电流、交流阻抗(EIS)方法测试了所得产物对常温下碱性介质中乙醇电化学氧化的催化性能.循环伏安曲线、计时电流和交流阻抗结果表明,在乙醇溶液中,阳极电流密度大于氢氧化钾溶液中的阳极电流密度,并且随着电极中乙醇浓度的增加,电流密度也增加,在乙醇溶液中,SrFeO3电极的电荷迁移阻抗明显降低,表明SrFeO3对乙醇电化学氧化有催化作用.可以此为基础,研究开发应用于直接乙醇燃料电池阳极的非贵金属催化材料.     

固体氧化物燃料电池阳极积碳的研究进展

从阳极材料改性和工作条件优化等方面综述抑制固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳的研究进展。在阳极材料改性方面,可以改性Ni基阳极材料或开发Cu基等抗积碳阳极,替代传统Ni基材料,解决积碳问题。在工作条件优化方面,抑制积碳的重要手段有:提高水碳比,适当增加燃料中H2、CO2含量,提高电池工作时的电流密度,合理选择工作温度。     

固体氧化物燃料电池阳极的微观建模

为了更准确地预测和优化固体氧化物燃料电池阳极性能,建立了阳极的微观模型,其中质量传递过程采用Dusty-gas模型(DGM),模型中有考虑和不考虑压力梯度两种情况,得出了阳极中总压力、燃料组分的摩尔分数及电子和离子电流密度分布。结果表明:从阳极表面开始,随着距离的增加,总压力随着增大,存在的压力梯度对组分的摩尔分数、电子和离子电流密度分布具有显著影响。     

阳极支撑固体氧化物燃料电池的制备及性能

利用离心法成膜工艺在多孔Ni-YSZ阳极基体上制备8%(摩尔分数)YSZ电解质层,在1400℃共烧结,得到致密的YSZ膜和多孔结构的阳极。用苷氨酸-硝酸盐燃烧法合成超细阳极与阴极材料。其中,NiO-YSZ复合粉体用于阳极,La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)和30%(质量分数)Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)复合材料用作阴极。以氢气为燃料,研究了500～800℃时Ni-YSZ阳极支撑体固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池的性能。结果表明在500℃时电池开路电压(OCV)达1.10V,800℃时短路电流密度达1113mA/cm2,最大比功率为296mW/cm2。通过交流阻抗图谱分析,认为电解质欧姆电阻是影响电池性能的主要因素。     

直接甲烷SOFC NiCu-CeO_2阳极的制备与性能

将Ni Cu-Ce O2作为抗积碳阳极材料,应用于阳极支撑型直接甲烷固体氧化物燃料电池(SOFC)中。采用浸渍工艺在多孔Ce O2阳极基体中制备Ni Cu阳极催化剂,还原后氧化物基体与金属的质量比为60∶40。在700℃湿H2和湿CH4气氛中考察了电池的电化学性能。Ni Cu-Ce O2|GDC|BCFN电池在H2和CH4中的开路电压(OCV)分别为0.772和0.785 V,最大功率密度(MPD)分别为96和80 m W/cm2。在0.6 V进行恒压稳定性测试20 h后,电流密度下降了1.7%。通过对测试后的电池进行电子扫描电镜(SEM)和能量散射光谱(EDS)分析,发现有少量积碳产生。而Ni-Ce O2|GDC|BCFN电池在同样条件下的性能仅为:OCV(H2)=0.77 V,OCV(CH4)=0.80 V,MPD(H2)=116 m W/cm2,MPD(CH4)=59 m W/cm2,电池在40 min内电流密度下降了74%。结果表明在阳极中添加Cu不仅能够实现与Ni基阳极相当的阳极性能,而且可以有效提高Ni基阳极的抗积碳稳定性。     

固体氧化物燃料电池研究--10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2作阳极材料

以10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2为阳极、Pt为阴极和参考电极,组装了固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池并进行了测试,考察了操作温度、甲烷流量等对电池性能的影响,发现提高操作温度以及在阳极材料中添加CeO2可以显著改善电池性能。升高温度,阳极极化曲线中的极限电流密度值随之上升;阳极中CeO2含量为10%时,功率最大值由未加时的4.10 mW/cm2增大至9.76 mW/cm2,对应的电流密度由12.22 mA/cm2增大至35.7 mA/cm2。甲烷的流量对电池开路电位有显著的影响,但当甲烷流量在18 mL/min以上时,其影响已十分微弱。     

固定床神华烟煤高温中速热解特性研究

本文研究了中速热解过程中神华烟煤的组分析出规律,基于管式炉获得了不同热解压力和温度情况下神华烟煤的热解产物,分析了其热解机理。同时,对热解组分分布、产量和热解失重率规律进行研究。结果表明:在高升温速率下（可达100 K/s）,热解失重率随热解温度的升高而不断增加,随热解压力升高而降低;热解气组分以H₂和CO为主,CH₄和CO₂次之,C₃H₈和O₂含量几乎接近于零,析出顺序不尽相同,析出曲线表现为单峰或双峰分布;热解压力会对组分析出峰产生较大的影响;热解气产量随热解温度升高而增大,但其与热解压力呈非线性的变化关系。