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。     

直接碳燃料电池阳极反应特性研究

直接碳燃料电池(DCFC)具有能量转化效率高、污染低、燃料来源广等突出优点,被认为是缓解能源危机和环境污染的有效途径,而固体氧化物直接碳燃料电池(SO-DCFC)因其腐蚀性小、寿命长等优点是一种具有发展潜力的燃料电池。以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质组装对称电池,研究操作温度、阳极燃料特性、阳极气氛等对电池性能的影响。结果表明,随着操作温度的降低,电池欧姆电阻变大,电池性能下降。阳极燃料特性是影响电池性能的关键因素,以活性炭、半焦、石墨为燃料的DCFC性能顺序为活性炭半焦石墨;燃料中混合碳酸盐能明显改善DCFC性能,当碳酸盐混合半焦作为燃料时,电池功率密度达到25 m W/cm2。阳极载气为CO2能促进阳极CO生成,提高电池性能,而N2载气稀释阳极反应气浓度,降低电池性能。     

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.     

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.     

CH_4-O_2固体氧化物燃料电池化学反应研究

研究了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中的主要化学反应。同时研究了固体氧化物燃料电池电极结构、三相界面（电解质／电极／气体）结构和运行环境以及它们对电池主要化学反应的影响。并通过研究Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ固体氧化物燃料电池的开路电压与甲烷流量的关系,探讨燃料电池中的主要化学反应过程对电池性能的影响。研究表明,增加电极的孔隙率,可以增加三相界面的面积,从而增加有效反应区域,有利于电池反应。提高运行温度和阴极室氧的浓度,可以提高甲烷的利用率和电池的性能。     

CH_4-O_2型管状固体氧化物燃料电池电性能的研究

研制了管状固体氧化物燃料电池(SOFC)试验系统,电池的结构形式分别是:(一)Pt|YSZ|Pt(+)和(-)Pt|YSZ|La(Sr)MnO_3(+)以CH_4为燃料,O_2为氧化剂气体,对所研制的管状SOFC试验电池的电性能进行了研究.考察了500～700℃温度范围内的电流电压特性和电流功率特性.研究结果表明,甲烷无需经水蒸汽转化,直接送入SOFC试验电池系统,就有明显的电流产生,电池的输出电流和输出功率随温度的升高而显著提高.分析了甲烷在SOFC内直接进行电化学反应的机理,固体电解质可作为离子源或离子接受体,形成反应活性位,控制金属电极催化剂的功函,促进甲烷在阳极的氧化反应.     

ZrO2基固体氧化物燃料电池中电荷输运研究

分析了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中电子、氧离子在电池的阴极、阳极和电解质中的输运过程以及电子导电型电极有效反应区结构.具体研究了Pt|YSZ|Ag固体氧化物燃料电池(SOFC)的输出功率与电池运行温度的关系并与实验结果进行了对照,探讨了燃料电池中的主要电荷输运过程与电极有效反应区结构的关系以及它们对电池性能的影响因素.研究表明:在固体氧化物燃料电池中,电解质/电极/气体所形成的三相界面的结构、电极本身的导电性能和运行温度都直接影响电池的性能.     

碳基燃料SOFC的Ni-YSZ阳极过程动力学

总结了碳基燃料尤其是CH4燃料对固体氧化物电解质燃料电池Ni-YSZ阳极反应动力学带来的影响。燃料气体的内重整和阳极Ni表面析碳是研究中不可回避的难题。讨论了这两个反应过程,对阳极反应机理作了简要的分析,并总结了阳极反应动力学过程及其影响因素。     

操作条件对直接NaBH4/H2O2燃料电池性能影响

直接NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)作为碱性燃料电池研究新方向,因具有高的质量比能量(9.3 kWh/g)受到广泛关注.讨论了电解质膜、电解质溶液浓度以及温度等操作条件对DBFC性能的影响,结果显示,阳极采用PVC和阴极采用MnO2的电催化剂对直接NaBH4/H2O2燃料电池具有较好催化活性,在8O℃下,以Nation 117为电解质膜.电解质溶液NaBH4和NaOH以及氧化剂H2O2浓度分别为1,0、3.0、6.0 mol/L的条件下时.电池峰值比功率达130 mW/cm2,最后指出MnO2作为阴极催化剂的DBFC克服了传统燃料电池使用贵金属催化剂以及解决燃料储运等问题,具有广阔应用前景.     

二草酸硼酸锂对钛酸锂负极电池高温性能的影响

研究二草酸硼酸锂(LiBOB)作为成膜添加剂对钛酸锂(Li4Ti5O12)/LiNi1/4Co1/2Mn1/4O2电池高温性能的影响。通过循环伏安扫描、X射线光电子能谱分析,考察LiBOB在Li4Ti5O12负极上的成膜情况,用电化学交流阻抗谱考察膜的热稳定性。添加剂LiBOB在钛酸锂负极的还原电位为1.75 V(vs.Li/Li+),优先于电解液在负极表面发生电化学反应形成固体电解质相界面(SEI)膜。该膜可降低电池的电荷转移阻抗,有利于提高电池的高温循环和高温储存性能。     

松木屑及其热解产物在熔融锡阳极固体氧化物燃料电池中的电化学特性

为了探究固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极熔融锡对生物质热解特性及电化学参数的影响,选择松木屑为研究对象,测试了松木屑及其热解气液产物在熔融锡阳极固体氧化物燃料电池（Sn-SOFC）中的电化学性能。结果表明:熔融锡使得松木屑热解气中H2的体积分数提升约130.1%,而含碳气体（CO、CO2、CH4）体积分数下降了40.4%;相比于传统Ni/YSZ阳极,松木屑及其热解焦在锡阳极阻抗提高可达45%,导致在锡阳极初始电流密度降低到0.243 A/cm2;对于松木屑气液产物,由于其在熔融锡中溶解度较低,导致SnO2在阳极积累,放电电流密度衰减速度可达1.922×10–5 A/(cm2·s),经扫描电子显微镜（SEM）及能量色散X射线谱（EDS）检测发现,积碳悬浮于熔融锡上层,因此避免了对阳极层的破坏。     

电解液组成对Al/AgO电池性能的影响

用恒电流放电技术和扫描电子显微镜(SEM)研究了添加缓蚀剂Na2SnO3的含量和反应产物NaAlO2的浓度对Al/AgO电池在20%NaOH溶液中的电压、析氢速率和铝阳极表面形貌的影响。结果表明:在NaOH溶液中添加Na2SnO3,可以降低铝阳极的析氢速率,减少铝的阳极极化,改变铝阳极的腐蚀形貌;加入NaAlO2阻碍铝阳极的溶解,降低了Al/AgO电池的电压,不利于Sn的析出,使铝阳极的析氢速率增大。     

燃料电池

介绍了一些主要类型燃料电池(碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物电解质燃料电池、离子交换膜燃料电池和直接氧化甲醇燃料电池)的新进展.讨论了它们可能的应用前景.     

镍-镓酸镧复合阳极的研究

制备了多种镍-镓酸镧(LaGaO3)复合阳极,并以Ni-LaGaO3为复合阳极,系列Sr、Mg和Co掺杂的LaGaO3为电解质,Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-LaGaO3为复合阴极,组装单电池.用极化、交流阻抗等技术,对阳极电化学性能进行研究,测试了电池的功率输出特性.Ni-LaGaO3复合阳极的最佳焙烧温度约为1 200℃,焙烧温度显著影响阳极/电解质界面的欧姆电阻和极化电阻.Ni-LaGaO3复合阳极的性能,依赖于所负载电解质及电极中掺入的LaGaO3的性质.随着电解质中Co含量的增加,电池的欧姆电阻减小、电极活性增加,单电池的最大输出功率密度提高.Ni-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)| La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3(LSGMC8.5)|SSC-LSGMC5电池在800℃、氢为燃料的条件下,最大输出功率密度达0.75 W/cm2;甲烷为燃料的条件下,最大输出功率密度达0.53 W/cm2.     

扁管式燃料电池阳极集流肋的构型探究

直接将燃料化学能转化为电能的固体氧化物燃料电池是一种高效的发电设备，是解决环境问题的有效途径。以固体氧化物燃料电池为研究对象，探索了阳极集流肋的构型设计对阻抗、放电性质等的影响。研究结果显示：合理排布阳极集流肋位置可以缩短电荷传输路径，增加阳极集流肋数量可以增大电接触表面，减小带电粒子的传导输运阻力，使欧姆极化下降，电池的放电功率得到提升。通过优化电池组件构型实现高效输运电荷是简易可行的方法。     

两种不同阴极材料的固体氧化物燃料电池

研制了两种不同阴极材料的固体氧化物燃料电池Pt|YSZ|Ag和LSM |YSZ|Ag ,并测试了电池的开路电压与运行温度的变化关系。由实验可知 ,随着温度的升高电池的开路电压增大 ,它们的变化趋势不仅受温度的影响 ,还与阴极材料的结构、导电性能和反应机制有关。Pt|YSZ|Ag中电池Pt阴极具有电子导电性 ,电化学反应有效区域局限在三相界面 ,但Pt催化活性高 ,Pt|YSZ|Ag具有较好的中温输出性能。LSM |YSZ|Ag电池中LSM阴极具有电子 离子混合导电性 ,其电化学反应有效区域由三相界面扩展到两相界面 ,但在温度较低时LSM催化活性较低 ,在较高温度下才有高催化活性 ,因而LSM |YSZ|Ag在高温下输出性能明显提高     

直接二甲醚燃料电池的研究进展

介绍了直接二甲醚燃料电池的工作原理及其所用燃料二甲醚的性质.综述了目前文献中提出的二甲醚在Pt电极上的电化学氧化机理,并分析了目前二甲醚电催化氧化机理研究中存在的分歧和问题.此外,总结了电池温度、二甲醚的湿度、电池阳极催化剂以及固体电解质膜对电池性能的影响,讨论了直接二甲醚燃料电池今后的研究方向.     

碳刷和碳布阳极微生物燃料电池产电特性研究

分别以碳刷和碳布作为微生物燃料电池的阳极材料,研究了两种电极材料对于电池启动过程、电极上附着的生物量、生物膜的电化学活性、阳极阻抗以及电池性能的影响。结果表明,采用碳刷为阳极材料的微生物燃料电池启动更快,电极上附着的生物量更多,生物膜的电化学活性也更高,阳极阻抗更低,这也导致了其最大体积比功率[(28.1±2.3)W/m3]高于采用碳布为阳极材料电池的最大体积比功率[(17.6±1.8)W/m3],是其1.6倍。     

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。     

直接乙醇燃料电池的研究现状及前景

以纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)已日趋成熟,直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究比较活跃,鉴于氢存储较难且甲醇有毒,人们试图开发采用来源丰富、毒性低、可再生的燃料如乙醇的燃料电池。综述了乙醇在Pt上氧化的电催化机理,直接乙醇燃料电池(DEFC)的阳极电催化剂,电解质膜及其改性,电池性能及其影响因素,并对分别采用纯氢、甲醇和乙醇作为燃料的PEMFC、DMFC和DEFC三种燃料电池进行了对比,阳极电催化剂和电解质膜的研究改进是今后DEFC的工作重点。