熔融碳酸盐燃料电池电解质研究--NiO的溶解度和O2的还原行为

熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)具有发电效率高、环境友好以及能使用各种燃料等优点 ,但是 ,阴极的NiO溶解在碳酸盐中 ,并迁移到阳极被H2 还原成金属Ni ,造成电池短路 ,影响了使用寿命。为解决这一技术难点 ,延长MCFC的使用寿命 ,经优化计算得到了三元碱金属碳酸盐 (0 .474Li 0 .3 2 6Na 0 .2K )CO3 ,提出了用ICP法测定NiO在该碳酸盐中的溶解度 ,以及不同的气体组成和压力对NiO溶解度的影响 ;同时用电化学测试的方法对O2 在该电极体系的还原行为进行了研究。实验表明 ,NiO在该组成的碳酸盐中溶解度较小 ,而O2 的溶解度较大 ,这就减少了由于氧的扩散阻力造成的阴极极化 ,有利于加快氧的还原反应 ,因此该三元碱金属碳酸盐可作为熔融碳酸盐燃料电池适宜的电解质。     

熔融碳酸盐燃料电池发电的应用与商业化

1熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)发电的应用背景 近年来,燃料电池发电受到各国科学家和政府的高度重视,特别是美、日及欧洲国家斥巨资进行开发研究。我国投资开发的力度也越来越大,“十五”期间“863计划”将     

熔融碳酸盐燃料电池烧结电极制备方法

该文探讨一种环保的、可连续生产的适合熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell,MCFC)使用要求的烧结电极制备方法,以泡沫镍和冲孔镀镍钢带为支撑体,聚乙烯醇与羧甲基纤维素钠的混合溶液作为黏结剂,T255羰基镍粉为导电活性材料,运用拉浆法在不同的烧结温度下制备MCFC电极。在此基础上,采用煤油浸入法测量了制备电极的孔隙率,利用扫描电镜分析电极的微观形貌,通过热重分析仪测试镍浆的失重和热流变化,并对组装后MCFC中电极的电化学性能进行测试。测试结果表明,以镀镍钢带为支撑体的电极较泡沫镍电极具有更好的强度和电化学性能,在一定的烧结条件下,采用拉浆工艺能够制备满足MCFC要求的电极。     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)用γ-LiAlO_2粉末的制备

本文简介了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)及其优点;叙述了合成LiAlO_2的方法,用Al_2O_3(a,γ)成功地制得了稳定的适合于MCFC用的γ-LiAlO_2,在MCFC工作温度(923K)下,β-LiAlO_2是不稳定的;973-1073K时,β-LiAlO_2向γ-LiAlO_2转变速度明显增大;a-LiAlO_2要在1073K以上转变为γ-LiAlO_2.     

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。     

千瓦级熔融碳酸盐燃料电池组

论述了千瓦级熔融碳酸盐燃料电池组制备及组装工艺中双极板组合件、高温粘结剂、隔膜原位制备、制紧力、热量管理等技术。采用高温粘结技术制备双极板组合件 ,并在电池组启动时原位制备隔膜。由 5 2个单电池串联组成的电池组在65 0℃操作温度 ,0 .5MPa压力下 ,最大输出功率达到 10 2 5 .48W。用此高温粘结技术与湿密封相结合 ,使电池组的操作压力可达到 0 .5MPa。     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)用电解质组成

本文对MCFC用电解质组成作了综合分析;介绍了熔融碳酸盐用于燃料电池的状况;从离子导电性,气体的溶解性和扩散性,表面张力和粘度,电极动力学,电解质的蒸气压,腐蚀性,支持体的稳定性等方面考察了电解质组成对电池性能及寿命的影响。     

熔融碳酸盐燃料电池组研究

以商用多孔烧结镍 (铬 )板为电极、自制γ -LiAlO2 薄膜为电解质隔膜进行了熔融碳酸盐燃料电池的放大试验。有效面积为 12 2cm2 的 3节串接电池组在 973K和 0 9MPa下 ,输出功率达到 6 5W以上。工作电流密度为 15 0mA/cm2时 ,平均单节输出电压达 0 74V之上。工艺研究表明 ,电池组的性能随原料气压力或工作温度的提高而升高 ,但输出电压随原料气利用率的提高而下降。     

基于熔融碳酸盐燃料电池的新型分布式发电技术

介绍了分布式发电技术及燃料电池的特点和研究现状,以及熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)作为分布式电站的工作原理和结构。分析了当前国内外最新MCFC发电技术的研究现状,指出了我国MCFC发电技术开发有待解决的主要课题,如关键技术的国产化、发电成本的降低等。     

不同工作条件下的熔盐燃料电池性能

以多孔镍板作电极，以带铸法制备的ＬｉＡｌＯ２无机膜作电池隔膜，组装成了电极面积２８ｃｍ２的小型熔融碳酸盐燃料电池，考察了各种工作条件对电池性能的影响。试验结果表明，随气体压力和工作温度提高，电池性能增加。但高温下电池材料腐蚀现象加剧。另外气体压力增加使ＮｉＯ阴极在电解质中的溶解加快，因此为保证一定的电池寿命，工作气体压力和温度不可提高过大，必须控制在一定的范围以内。     

熔融碳酸盐燃料电池隔膜材料和电池的开发

叙述了大连化学物理研究所在熔融碳酸盐燃料电池隔膜材料及电池方面的研究进展 ,结合自己工作及国际研发动态 ,提出对熔融碳酸盐燃料电池的研发要集中于其关键部件 ,并提出对隔膜材料进行研发的具体方案     

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     

熔融碳酸盐燃料电池隔膜及单电池寿命

采用数学模型推算了熔融碳酸盐燃料电池隔膜寿命,并进行了单电池运行稳定性试验。从电池隔膜阻气能力及离子传输能力两方面,提出以其最大阻气压力差Δp≥0.1MPa,孔隙率满足40%≤η≤70%作为其寿命指标。通过电池最大孔径测试法和隔膜模拟烧结孔隙率测试法,建立数学模型,推算出烧结时间为40000h所对应的隔膜最大孔径为0.9332μm,孔隙率为66.7%,皆小于其寿命指标值,这也说明,隔膜寿命超过40000h。单电池1000h寿命试验结果表明,以H2作燃料,电池性能稳定;以模拟煤气作燃料,电池性能快速衰减,主要由所发生的副反应引起。     

熔融碳酸盐燃料电池电堆的输出电压模型

为保证熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)电堆可靠、高效和安全地运行 ,要求保持输出电压的恒定。根据MCFC电堆发电过程中物质与电量的平衡 ,分析了顺流型电堆的内部动态特性 ,就输出电压与燃料气体利用率和电流密度等相关量建立了由一组变系数偏微分方程和积分方程描述的数学模型 ,并从外部负载扰动的角度讨论了各状态量之间的相互关系。仿真结果证实了分析和建模的正确性。     

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