YSZ单晶电解质-熔融Sn阳极直接碳燃料电池反应特性

直接碳燃料电池(direct carbon fuel cell,DCFC)能够将固体碳燃料的化学能通过电化学反应连续地转化为电能,采用熔融Sn作为阳极可望实现储能发电一体化。该文以YSZ单晶作为电解质测试熔融Sn阳极DCFC反应特性。结果表明,光滑的电解质–电极界面有利于Sn与反应界面的充分接触以及界面固体产物层SnO2的剥离,从而降低欧姆阻抗和活化阻抗。在电池模式下,随着放电时间的增加,固体产物SnO2不断积累,导致电导率下降,阻碍了氧离子输运,造成电池性能迅速下降。温度升高可有效提高熔融Sn阳极电池或直接碳燃料电池性能;900℃温度条件更为有利于碳与SnO2反应以及Sn电化学反应的进行。     

直接碳燃料电池技术发展

直接碳燃料电池(DCFC)是碳燃料与空气发生电化学反应,将化学能直接转化为电能的发电装置,其能量转化效率高达80%以上。根据电解质的不同DCFC可分为熔融氢氧化物电解质DCFC、熔融碳酸盐电解质DCFC及固体氧化物电解质DCFC。论述了不同DCFC的工作原理及性能,分析了可能对DCFC性能产生影响的因素,同时介绍了目前具有代表性的DCFC结构及研究现状。     

活性炭对流化床阳极半电池极化性能的影响

研究了以活性炭纤维(ACF)为燃料的熔融碳酸盐流化床电极燃料电池的极化规律,在温度为650℃、氮气、氧气及CO2流量分别为275 ml/min、10 ml/min和20 ml/min时,半电池的极化性能最好.在此工况下,以ACF为燃料的极化性能比以自制活性炭(橡木锯屑活性炭和竹质活性炭)为燃料稍差,原因是自制活性炭的体...     

固体氧化物直接碳燃料电池研究进展

固体氧化物直接碳燃料电池(solid oxide direct carbon fuel cell,SO-DCFC)在煤炭清洁利用方面具有独特优势,近年来受到研究人员的广泛重视.在对SO-DCFC基本概念与特点介绍基础上,对其中3个重要研究内容,即阳极反应机制、机制建模与模拟、及性能改进与优化方面的研究现状和进展进行了综述分析,指出SO-DCFC阳极反应机制与碳燃料和阳极接触方式密切相关,对其性能改进极为重要:碳燃料与阳极直接物理接触时基本不发生碳的直接电化学反应,碳燃料与CO2的气化反应是影响SO-DCFC性能的速率控制步骤:目前SO-DCFC模拟研究工作较少,应加强SO-DCFC机制建模与模拟工作;通过引入碳燃料催化气化和抑制阳极CO积炭能显著改善电池性能.     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

直接碳燃料电池的研究进展

指出了直接碳燃料电池(DCFC)相比于其他燃料电池的优势；从电解质的角度,对熔融氢氧化物DCFC、熔融碳酸盐DCFC和固体氧化物DCFC的工作原理、发展现状及存在的问题进行了归纳；对DCFC的发展进行了展望.     

DIR-MCFC性能影响因素研究

将甲烷水蒸气重整制氢反应与熔融碳酸盐燃料电池技术相结合,构成了以甲烷为燃料气的直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(D IR-M C FC)。考察了影响电池性能的条件,发现反应气压力增加会提高电池性能,反应气压力由0.1M Pa升至0.6 M Pa,在150 m A/cm 2下,电池电压约提高200 m V;增加甲烷流量利于提高电池性能,但需要合理选择甲烷的利用率;常压下,进气水碳比为1时同等电流下电池初始电压较进气水碳比为2时高30～50 m V,而在0.6 M Pa下这两种进气水碳比对电池初性能影响不大;0.6 M Pa、水碳比为1时,催化剂容易积碳,从而降低电池运行的稳定性,因此,电池在较高压力下运行时应适当提高进气水碳比。     

组合流场PEM燃料电池的性能比较

运用燃料电池测试系统测得两种流道组合而成的四种流场(两种单一流场与两种混合流场)的PEM燃料电池的某些性能参数,并做出V-I曲线.在相同的操作参数下,比较了单一流场之间、混合流场之间以及单一流场与混合流场之间的性能差异,详细说明了四种流场的PEM燃料电池性能差异的原因.实验结果分析得出:阳极蛇形/阴极蛇形流道组成的蛇形流场PEM燃料电池性能最好,阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场性能其次,阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场性能再次,阳极直流道/阴极直流道组成的直流场PEM燃料电池性能最差;氢气流量变化对阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响明显,对阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响不明显.实验结果对PEM燃料电池流场优化具有一定的参考价值,为其推广应用提供参考依据.     

CO对PEMFC性能影响研究

天然气、甲醇等碳氢化合物重整制氢作为燃料正在应用到质子交换膜燃料电池领域。为系统地研究重整气中CO对质子交换膜燃料电池性能的影响,采用热压法自制膜电极,研究了CO浓度、催化剂种类、操作温度、增湿操作等因素对质子交换膜燃料电池性能的影响。实验结果表明:20×10~(-6) CO浓度即能使电池性能显著下降60%~70%;Pt Ru/C催化剂对抗CO中毒的能力较Pt/C催化剂有明显提升,在100×10~(-6) CO浓度下能使性能提高70%;提高工作温度能有效地改善阳极CO中毒状况,在50×10~(-6) CO浓度并加湿的条件下,当操作温度从80℃提高到120℃时电池性能可增加一倍。同时增湿操作有利于改进电池在低浓度CO下的发电性能。     

相转化法制备锥管状阳极支撑SOFC

利用相转化法制备了锥管状NiO-YSZ阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)。讨论了不同造孔剂对阳极支撑体机械性能及微观结构的影响,结果表明,以石墨作为造孔剂时阳极支撑体的综合性能相对较好。以氢气为燃料的单电池测试结果表明,800℃时电池的最大面积比功率为410mW/cm2。交流阻抗谱结果显示电池极化电阻是影响电池性能的主要因素。