平板式固体氧化物燃料电池的初步研究

研制出平板式Ni-YSZ|YSZ|LSM单体电池 ,电池以H2 为燃料 ,O2 为氧化剂气体。设计组装了电池性能测试系统 ,在 4 0 0～ 10 0 0℃的温度范围内 ,测试了电池开路电压与温度变化的关系 ,分析了变化的原因 ;考察了单体电池的电流电压特性和电流功率特性 ,计算了电池的效率     

固体氧化物燃料电池与燃汽轮机混合系统技术现状

固体氧化物燃料电池具有高能量密度、适用多种不同燃料、结构简单等优点,与燃气轮机结合后能达到近80%的能量利用效率,具有良好的市场前景.本文介绍了固体氧化物燃料电池与燃汽轮机混合系统的结构,应用现状,给出了未来发展的一些方向,并提出了固体氧化物燃料电池与燃气轮机混合系统发展需要解决的一些问题.     

基于固体氧化物燃料电池的高效清洁发电系统

  目的  固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种尖端技术,可通过电化学反应将碳氢燃料中的化学能转化为电和热,具有燃料来源广、发电效率高、余热品质高、运行安静、排放低、可模块化安装等优点,是实现化石能源高效清洁利用的有效途径之一。  方法  文章阐释了SOFC发电原理,介绍了国内外SOFC技术和产业化现状,分析了基于SOFC的分布式热电联供、联合循环发电以及煤气化燃料电池发电技术（IGFC）新一代发电系统应用场景。  结果  通过燃料电池发电技术路线和产业化现状研究,浅析了目前存在的问题,并结合我国资源禀赋和对高效清洁发电装置的市场需求,对该领域的未来发展趋势进行了展望。  结论  对比国内外在SOFC领域的技术差距,基于国内在SOFC电堆核心材料方面的优势,加大对SOFC系统集成技术攻关,为新一代以高温燃料电池为核心的清洁高效发电产业奠定基础。     

固体氧化物燃料电池与燃气轮机联合发电系统模拟研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效低污染的新型能源。建立了以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池和燃气轮机(GT)联合发电系统的计算模型,并对具体系统进行计算。结果表明：SOFC与GT组戍的联合发电系统,发电效率可达68％(LHV);加上利用的余热,整个系统的能量利用率可以超过80％。文中还分析了SOFC的工作压力、电流密度等参数对系统性能的影响,提高工作压力,可以增加电池发电量,提高系统的发电效率;而电流密度的增大将使SOFC及整个系统的发电量降低。     

固体氧化物燃料电池简介

1技术特征与传统的火力发电技术不同,燃料电池是通过电化学反应方式将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于不经过高温燃烧,是化学能转变为热能的过程,不受卡诺循环效率的制约,所以燃料电池的能量转化效率非常高。单位发电量所需燃料     

管式固体氧化物燃料电池单体欧姆极化分析

结合管式固体氧化物燃料电池结构特征和性能特征，建立了电池单体电压、电流和功率与电池长度、各级材料性质关系的数学模型。计算结果表明，减少电解质厚度和提高电池电流收集器的导电性可以减少电池的欧姆极化，提高电池的输出能力。     

平板状固体氧化物燃料电池的数值模拟

利用流体力学计算软件FLUENT建立平板状固体氧化物燃料电池（SOFC）三维数值模型，研究在不同操作条件和支撑形式下，活化极化、欧姆极化、浓度极化对SOFC性能的影响。在多孔电极中的气体流动符合达西定律的前提下，为满足不同的多孔电极设计，综合考虑了摩尔扩散和Knudsen扩散。另外还考虑了电池电化学反应热对欧姆极化的影响。分析结果表明，阴极和阳极支撑固体氧化物燃料电池具有较低的操作温度和较好的输出特性。     

板式固体氧化物燃料电池积碳特性的数值研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳的发生是制约其高效稳定运行的瓶颈问题,文中介绍了阳极积碳对SOFC的影响,回顾了国内外研究此问题的三个典型方向及其进展;在此基础上,利用用户自定义子程序(UDF)与流体动力学计算软件Fluent建立的SOFC完整极化数值模型,对一板式SOFC的反应特性与积碳特性进行数值模拟与分析....     

固体氧化物燃料电池与燃气轮机混合发电系统

基于固体氧化物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发电装置,是一种极有前景的分布式发电方案.文章以SWP公司的加压型SOFC-小型燃气轮机混合循环系统为例,对固体氧化物燃料电池及燃气轮机混合循环系统的原理及发展现状作了分析,为我国固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合循环系统的研制提供参考.     

固体氧化物燃料电池的神经模糊控制策略研究

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)具有多输入多输出、强耦合的特点,为了使其输出电压稳定设计了高效控制器,采用神经模糊控制方法对其输出电压进行控制。通过机理分析和实验数据拟合方法分别建立SOFC的机理模型和神经网络模型,在此基础上采用模糊控制策略对SOFC的输出电压进行控制,并应用神经模糊控制方法进一步提高了控制精度。通过MATLAB/Simulink仿真实验发现,SOFC神经网络模型得到的预测电压与实际电压之间的误差小于0.008 V,较其机理模型更加准确,所提出的控制策略能有效控制SOFC的输出电压。     

管式固体氧化物燃料电池的数值模拟

通过耦合速度场、温度场、电势场和组分浓度场，建立了以纯氢气为燃料的管式固体氧化物燃料电池（SOFC）数学模型，并对西门子．西屋公司阴极支撑型（AES）管式SOFC进行了轴向二维模拟。模拟结果表明，组分浓度和电流密度的分布与SOFC的运行工况密切相关。在所模拟的电压范围内，欧姆极化起主要作用，提高固体氧化物燃料电池的平均工作温度、改善多孔电极的微观结构、使用纯氧代替空气作为氧化剂可改善电池性能。图8参10     

基于改进型强跟踪卡尔曼滤波的燃气轮机组气路故障诊断研究

针对燃气轮机组气路故障诊断易受时变噪声干扰以及突变故障诊断精度不高等问题,本文提出一种基于改进型强跟踪卡尔曼滤波的燃气轮机组气路故障诊断方法。该算法通过引入气路部件先验知识,合理分配各通道的调节作用,从而提高了气路故障诊断的精度以及动态响应速度。以PG9171E型燃气轮机为研究对象,分别利用EKF(扩展卡尔曼滤波)、STF(强跟踪滤波)以及ISTF(改进型强跟踪滤波)对常见气路故障进行诊断,结果表明ISTF算法同时兼具良好的响应速度以及较高的精度。     

固体氧化物燃料电池／燃气轮机混合模式的统计综述

固态氧化物燃料电池（SOFC）作为高效低排放的一种先进发电方式,尤其是其与燃气轮机（GT）组成的混合系统,在未来能源的可持续发展过程中,对于提高化石能源的利用效率和可再生能源的应用将发挥重要作用。本文就目前的SOFC／GT混合模式（包括示范性项目和概念性设计）进行统计分析,在此基础上将SOFC／GT混合模式分为三种基本类型,并对相关典型混合模式进行综述和比较。本文最后对SOFC／GT混合系统目前的研究进展和面临的挑战进行讨论。     

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。     

Single chamber Solid Oxide Fuel Cells selective electrodes: A real chance with brownmillerite-based nanocomposites

In this contribution brownmillerite-based nanocomposite cathode for Single-Chamber Solid Oxide Fuel Cells is developed. These cells can be very attractive especially for small and cheap devices because of the absence of seals. The efficiency of SC-SOFCs is strictly connected to the selectivity of anode and cathode, the bottleneck for this technology. The development of a cathode inert in fuel oxidation is particularly challenging. Our strategy is to start from a catalytically un-active support (CFA = Ca₂FeAl_0.95Mg_0.05O₅) and induce the formation of iron oxide based nanoparticles, expected to activate oxygen. Symmetric (CFA + FeO_x/CGO/CFA + FeO_x) and complete cells (CFA + FeO_x/CGO/Ni-CGO) are studied in air and methane/oxygen 2:1 mixture. The Area Specific Resistance of CFA + FeO_x is less than 1/3 that of CFA. The high selectivity allows to reach an efficiency of 25%; power still needs to be increased but we demonstrated the possibility to develop selective low cost electrodes. The effect of air, methane/oxygen exposure and the heat treatments were carefully investigated.     

A discussion on mathematical models of proton conducting Solid Oxide Fuel Cells

The paper presents a comparison of the models currently used in relation to the available experimental data. The review highlights the main causes of discrepancies between the results of modeling and experimental data. The models are based on factors that have no physical interpretation and are used only as “fitting parameters”. This hampers use of these models in simulations on states other than those that prevailed during the experiments for which the coefficients were determined.     

燃料重整固体氧化物燃料电池发电系统性能分析及多变量参数优化

以燃料重整的固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,通过数值模拟方法对固体氧化物燃料电池发电系统的性能、(火用)损、(火用)效率以及多变量运行参数优化进行了分析。研究结果表明：重整反应中燃料利用系数、电池工作温度、水碳比、电堆电流密度等参数对系统性能影响显著;电堆工作在不同电流密度下都有其对应的最佳工作温度、最佳燃料利用系数工况点;水碳比会改变重整反应产氢量,从而影响电化学反应速率,空气加热器的(火用)损所占份额最大;优化后的系统效率及(火用)效率为0.480 9和0.462 6,效率提升约4%。     

Development of a Solid Oxide Fuel Cell for the utilization of coal mine gas

Apart from natural gas there is another important natural source of methane. The so-called coal mine gas is a by-product of the geochemical process of the carbonization of sediments from marsh woods of the Earth's Carboniferous Period. Methane evaporates from the coal and has to be removed out of the active mines where it represents one of the main safety risks. Methane also evaporates in abandoned coal mines. In the federal state Saarland in Germany exists above ground a more than 110 km pipeline for the drained coal mine gas from 12 different sources. The content of methane varies between 25 and 90%, the oxygen content (from air) is in the range up to 10%. This wide range or variation, respectively, of fuel and oxygen content, causes a lot of problems for the use in conventional engines. Therefore the company Evonik New Energies GmbH is interested in using SOFC with coal mine gas as efficient as possible to produce electric power. For that purpose at Forschungszentrum Jülich the available SOFC technology was adapted to the use with coal mine gas and a test facility was designed to operate an SOFC stack (approximately 2 kW electrical power output) together with a pre-reformer.This paper presents the results of the coal mine gas analysis and the effect on the pre-reformer and the fuel cell. The composition of the coal mine gas was determined by means of micro-gas chromatography. The results obtained from preliminary tests using synthetic and real coal mine gas on the pre-reformer and on the fuel cell are discussed.     

直接碳燃料电池技术研究进展分析

直接碳燃料电池(Direct Carbon Fuel Cell,DCFC)能够直接将固体碳燃料中的化学能高效、清洁地转化为电能,对煤炭的合理利用、污染物控制以及CO2减排具有重要意义。目前已开发出以熔融碳酸盐、熔融氢氧化物和固体氧化物作为电解质的多种DCFC,但与其它燃料电池技术相比,研究尚处于起步阶段。本文综述了DCFC技术的发展历程及研发现状,对现有DCFC加以分类,分析比较了其各自工作机理、性能特点以及在CO2减排方面的特性。在总结各类DCFC所面临的技术难题基础上,展望了直接碳燃料电池技术今后可能的发展方向。