熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电系统进展

燃料电池 ,尤其是熔融碳酸盐燃料电池是 2 1世纪最有希望的发电技术。在简要叙述了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的发电原理后 ,从以下方面对系统的开发进行了论述 :单体元件 (电极和电解质 )性能的提高 ,燃料的处理 ,余热利用 ,电力调节和并网 ,电池参数 (工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、燃料气体湿度 )的控制与优化。介绍了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的国内外研究现状 ,给出了天然气外部重整型和内部重整型燃料电池的循环模型。指出熔融碳酸盐燃料电池系统开发面临的主要课题 :延长寿命、降低成本、系统小型化、改善电能质量等 ,给出一种多段熔融碳酸盐燃料电池系统模型     

熔融碳酸盐燃料电池单体数值模拟及性能分析

介绍了熔融碳酸盐燃料电池的原理.认为燃料电池内部的温度、电流密度和反应气体浓度等分布参数对燃料电池的安全、高效运行具有重要的影响,准确地预测燃料电池的温度场、电流密度场和反应气体的浓度场具有十分重要的意义.在考虑熔融碳酸盐燃料电池内部电特性和热特性的基础上,建立了熔融碳酸盐燃料电池单体准二维数学模型.利用该模型对逆流形式的熔融碳酸盐燃料电池单体的主要性能参数进行了稳态数值模拟.仿真结果对于熔融碳酸盐燃料电池的设计及运行具有一定的参考价值.     

熔融碳酸盐燃料电池的电气建模

熔融碳酸盐燃料电池目前是高温燃料电池研究领域的一个难点,其严格的热启动过程和运行状态对电池性能和寿命的影响至关重要。针对这一问题,建立了基于机理的熔融碳酸盐燃料电池电气模型,详细给出了采用电化学方程的熔融碳酸盐燃料电池电气特性的模型结构、算法、训练、仿真和试验。实验结果证明其快速准确,为熔融碳酸盐燃料电池的系统控制提供了一个实际工程应用模型。     

设计工况和非设计工况下MCFC/MGT联合发电系统基于(火用)方法的性能分析

熔融碳酸盐燃料电池是未来最具有吸引力的发电方法之一.基于(火用)分析的理论,在IPSEpro仿真平台下建立了熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机(MCFC/MGT)联合发电系统的稳态性能仿真模型.利用该模型对联合发电系统在额定工况和变工况下的稳态性能进行了仿真研究,分析了系统中各部件的不可逆性和系统的整体性能.仿真结果表明,MCFC/GMT联合发电系统具有较高的效率,且具有良好的变工况特性.     

底层MCFC／MGT混合装置[火用]分析

基于[火用]分析的理论，在IPSEpro仿真环境下建立了底层熔融碳酸盐燃料电池／微型燃气轮机混合装置稳态性能仿真模型。利用该模型对底层系统在额定工况和变工况下的稳态性能进行了仿真研究。仿真结果表明，底层熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮混合装置系统具有较高的[火用]效率，额定工况下的炯效率为55％，并具有良好的变负荷特性，适用于分布式供能系统。     

设计工况和非设计工况下MCFC/MGT联合发电系统基于方法的性能分析

熔融碳酸盐燃料电池是未来最具有吸引力的发电方法之一。基于分析的理论,在IPSEpro仿真平台下建立了熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机(MCFC/MGT)联合发电系统的稳态性能仿真模型。利用该模型对联合发电系统在额定工况和变工况下的稳态性能进行了仿真研究,分析了系统中各部件的不可逆性和系统的整体性能。仿真结果表明,MCFC/GMT联合发电系统具有较高的效率,且具有良好的变工况特性。     

国外期刊(文献)导读

不同电池参数对熔融碳酸盐燃料电池堆运行温度升高的影响Effect of various stack parameters on temperature risein molten carbonate fuel cell stack operation(Journal of Power Source,2000(91))作者:Joon-Ho Koh,ByoungSamKang,Hee Chun Lim用燃料电池堆数学模型对熔融碳酸盐燃料电池堆在定负荷运行时的温度进行了预测,并且把预测结果与5 kW测试电池堆的实测数据进行比较,证实了模型的有效性。然后利用此模型对较大的燃料电池堆的温度场进行模拟,并且改变燃料电池的相关参数来分析不同参数对燃料电池堆内部温度的影响,结果表明…     

底层MCFC/MGT混合装置分析

基于分析的理论,在IPSEpro仿真环境下建立了底层熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机混合装置稳态性能仿真模型。利用该模型对底层系统在额定工况和变工况下的稳态性能进行了仿真研究。仿真结果表明,底层熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮混合装置系统具有较高的效率,额定工况下的效率为55%,并具有良好的变负荷特性,适用于分布式供能系统。     

熔融碳酸盐燃料电池堆温度场的瞬态模拟

通过研究熔融碳酸盐燃料电池的传热传质和电化学反应机理 ,根据质能守恒原理建立了顺流型电堆内部单体的暂态温度模型。模型考虑了辐射换热、shift反应及组分的变化。模型的求解采用近似解析法 ,求解传质方程时电流密度做了一阶假设。结果表明沿流动方向 ,单体平面温度逐渐升高 ,电堆进口温度最先稳定 ,出口温度达到稳定则需要较长时间 ;控制电解质出口温度是实现顺流型电堆温控的有效措施。     

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.     

小型熔融碳酸盐燃料电池及电池堆的性能

以辊轧工艺制备的多孔金属镍板作阳极 ,多孔氧化镍板作阴极 ,以流延法制备的LiAlO2 陶瓷膜为电解质板 ,以(Li0 .62 K0 .3 8) 2 CO3 为电解质 ,组装了电极面积为 12 0和 3 12cm2 的单电池 ,考察了单电池在升温过程中开路电压和内阻的变化情况 ,以及不同的工作条件对电池和输出功率的影响。在单电池发电成功的基础上 ,分别组装了由 3片和 8片单电池构成的电极面积为 3 2 8.8cm2 的小型熔融碳酸盐燃料电池堆 ,并测定了电池堆的电压和输出功率。试验表明 ,随着工作温度的提高 ,单电池和电池堆的开路电压和输出功率均显著提高 ,并且 ,经过若干天的连续发电 ,其电压和输出功率基本不变 ,说明自制的LiAlO2 电解质板具有良好的热机械强度 ,而电极材料也保持了良好的电催化性能。试验还表明 ,在相同的工作条件下 ,由 3片和 8片相同的单电池组成的电池堆的电压和输出功率分别为单片电池的 3倍和 8倍 ,这表明使用该结构的单电池有望串联成输出功率更高的较大型的电池堆 ,以满足熔融碳酸盐燃料电池的基础研究之用。     

混合装置中高温燃料电池建模综述鲻

由于高温燃料电池发电不受卡诺循环的限制 ,能量转换效率高 ,污染比较小 ,排气温度较高 ,因此将燃料电池与燃气轮机组成混合装置在未来分布式发电领域具有广阔的前景。为了降低研发项目的风险 ,以及对其性能进行深入研究 ,混合装置的建模和仿真成为一种重要的研究手段之一。概述了高温燃料电池的早期模型、细化模型、整体“堆”模型以及控制方面模型 ,重点介绍了典型模型的建模思想和主要的方程 ,为实现燃料电池 燃气轮机混合装置的建模仿真做准备工作。     

生物质气化–熔融碳酸盐燃料电池联合循环发电系统性能研究

将生物质气化与熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell,MCFC)构建为新型的生物质能高效清洁利用联合循环发电技术,气化产生的富氢气体作为MCFC的燃料,通过燃烧半焦以及MCFC中未利用的燃料为气化反应提供热量,进行生物质气化–MCFC联合循环发电系统的模拟研究。运用Aspen Plus软件搭建系统模型并计算,研究了燃料电池内重整及系统工作压力对系统性能的影响。结果表明：生物质气化–MCFC联合循环发电技术具有较高的系统发电效率,可达50%,比常规生物质气化驱动燃气轮机技术高出10个百分点;对于常压系统无需采用内重整,而对于增压系统,采用内重整对系统性能有较大改善;提高系统工作压力可改善其整体性能,最佳工作压力在0.8~1.2 MPa。     

Development of indirect internal reforming molten carbonate fuel cell

Molten carbonate fuel cell (MCFC) has high potential for use as an energy converter of various fuels to electricity and heat. MCFC causes the environmental pollution and helps to reduce the greenhouse problem. The development of an indirect internal reforming molten carbonate fuel cell (IIR-MCFC) was initiated by the Kansai Electric Power Company and Mitsubishi Electric Corporation. IIR-MCFC has several advantages, for example: (1) higher efficiency is expected because of efficient utilization of heat from cell reaction to reforming reaction; and (2) longer life compared with direct internal reforming MCFC is expected by means of loading reforming catalyst in the cell separated from the electrolyte vapor which causes deactivation of the reforming catalyst. Class stacks of 3 kW, 10 kW, 30 kW and a 100 kW were operated successfully. Output power of the 100-kW class stack generated 109 kW in IIR mode (direct methane feed). In the test of the 30-kW and the 100-kW class stacks, PSA (pressure swing adsorption) to separate carbon from the anode exhaust gas is installed in the anode gas recycle loop to the cathode.     

熔融碳酸盐燃料电池系统建模与控制

熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)是目前商业化前景最好的燃料电池 ,特别适合大容量中心电站和联合循环发电。MCFC系统工作在高温、封闭、复杂的环境下 ,内部状态测量极为困难 ,试验分析代价很高 ,有时几乎是不可能的。为提高MCFC性能并确保其安全、长寿命运行 ,需要采用数值分析的方法 ,建立完善的MCFC数学模型 ,借助模型来进行性能仿真分析和动态控制设计。首先详细介绍了MCFC的电极、单电池、电堆、系统四个层次的建模以及MCFC控制的研究现状 ,并指出了现有模型的不足 ;然后讨论了电堆和系统两级建模的发展方向 ;最后 ,分析了MCFC系统的非线性、大时滞、分布参数、多输入多输出、有约束和随机干扰等特征 ,并根据这些特征 ,提出了两种适宜的控制方法     

熔融碳酸盐燃料电池性能影响因素分析

提高熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)性能、延长其寿命是促进其商业化的关键。对MCFC主要性能影响因素 :工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、杂质、电流密度和工作时间等进行了分析。结果表明 ,提高气体工作压力和温度可以提高电池性能 ,但为保证电池寿命 ,应限制在一定范围内 :反应气体组成的变化将影响MCFC电压 ;为获得电池整体最佳性能 ,利用率不应过高 ;燃料气体中的杂质必须加以清除 ;在所应用的电流密度范围内 ,电压损失主要是由欧姆过电位造成 ,为此应当减小欧姆阻抗     

熔融碳酸盐燃料电池阴极的研究进展

综述了熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)多孔阴极结构及其新材料的研究进展 ,介绍了多种能够有效改善阴极稳定性、延长MCFC寿命的新技术。以Li Na碳酸盐电解质代替传统的Li K体系或用碱土元素对NiO阴极进行改性 ,能够显著降低镍在电解质中的溶解性。所开发的LiCoO2 和LiFeO2 LiCoO2 NiO复合物等新型阴极材料具有与NiO相当的电化学活性而较低的溶解性。作为一种新型结构技术 ,在阴极和电解质隔膜之间或在电解质隔膜中 ,设置一层金属膜 ,能够有效阻断阴极溶解组分向阳极的扩散 ,避免电池内部短路危险 ,延长电池寿命