The influence of activated carbon as an additive in anode materials for low temperature solid oxide fuel cells

The effects of activated carbon (AC) as an additive in multi-oxide nano composite LiNiCuZn–O for application as anode in solid oxide fuel cell (SOFC) is reported. The composite was synthesized using solid state reactions method with varying content of AC in range 0.1%–0.9% for use as anode in the cell. The cell was composed of the synthesized composite as anode, LiNiCuZn–O as cathode and Samaria doped ceria (SDC) as electrolyte. The prepared composites were characterized for morphology and crystal structure by scanning electron microscope (SEM) and x-ray diffraction (XRD) respectively. Furthermore, the crystallite sizes of LiNiCuZn–O and LiNiCuZn–O with AC as an additive have been found in the range from 50 nm to 70 nm. The prepared composite materials were observed porous and the porosity of the sample having 0.5% additive was found highest. The conductivity and power density of the SOFC were studied at temperature of 600 °C. The maximum value of conductivity was found as 4.79 S/cm for the composite containing 0.5% AC as measured by using 4-probe method. The maximum value of power density of the fuel cell with anode comprising of 0.5% AC along with the mentioned cathode and the electrolyte was 455 mW/cm². Therefore, out of the compositions studied, the composite comprising of LiNiCuZn–O with 0.5% AC offered best performance for anode in the cell. This oxide composite is reported as a potential candidate for use as anode in low temperature SOFCs.     

费托蜡催化裂化反应生产清洁汽油的热力学分析

费托蜡主要由链烷烃组成,不含硫、氮等杂原子,是生产清洁汽油的优质原料。由于缺少芳烃和环烷烃,费托蜡催化裂化过程需要强化异构化、芳构化反应以实现降低汽油馏分烯烃含量、保持高辛烷值的目标。对费托蜡为原料的催化裂化反应体系进行热力学分析,重点计算了不同温度下生成汽油馏分主要烃类的反应焓变和反应平衡常数。研究结果表明,以大分子链烷烃为主的费托蜡,其裂化吸热反应焓变约为80 kJ/mol,反应平衡常数随温度的升高而增大,高温有利于一次裂化反应。对于异构化反应,主要是大分子链烷烃裂化为烯烃,再由烯烃分子转化为异构烷烃,因此对于异构化反应,可以通过优化反应器促进汽油烯烃的转化。在考察温度范围内,烯烃环化反应平衡常数随温度升高而减小,环烷烃脱氢芳构化反应平衡常数随温度升高而增大,所以适宜的反应温度是制约进一步增加汽油中芳烃的重要因素。     

NiMn2O4尖晶石氧化物阴极的制备及电化学性能研究

高性能阴极材料的开发对推动中温固体氧化物燃料电池（intermediate temperature solid oxide fuel cells, IT-SOFCs）的发展具有重要意义。本文采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石型NiMn₂O₄（NMO）电子-离子混合导体材料,并作为IT-SOFCs阴极进行了系统的研究,通过X射线衍射表征确定NMO材料呈稳定的立方相结构,并采用电导弛豫方法对其氧离子传导能力进行了研究。发现NMO具有优秀的氧离子传导能力,为其电化学性能提供了保障。对称电池的电化学阻抗谱测试结果表明,800℃时NMO阴极材料的界面电阻值为0.27 Ω·cm^-2,同时作为阳极支撑型SOFC的阴极材料进行放电时的最大功率密度可以达到864.9 mW·cm^-2。上述结果表明,NiMn₂O₄是一种极具潜力的IT-SOFCs阴极材料。     

高速飞行器燃油热管理系统飞行热航时

目前高速飞行器机载热负荷呈指数上升趋势,而由于气动加热作用,机身温度随航时增长也持续上升,这两者严重限制了高速飞行器的续航时间和电子设备的使用时长。燃油作为飞行器所必须携带的大比热容液体工质,是机载热沉的优选。燃油热沉利用会受气动加热、耗油量、飞行时长的综合影响。本文以机载燃油热沉为核心,研究高速飞行器燃油热管理系统参数设计对飞行热航时的影响。建立了燃油-消耗性冷却剂热利用系统的动态特性方程,并提出热航时的概念以衡量热负荷作用下燃油不发生超温的飞行时长,详细讨论了上述各影响因素与热利用系统参数对热航时的影响。上述研究可为高速飞行器热管理系统设计选型提供参考。     

多孔BN选择性去除燃油中硫化合物的密度泛函理论研究

选择性去除燃油中的硫化物对环境和人类健康具有重要意义。采用基于密度泛函理论（DFT）和含色散矫正的密度泛函理论（D-DFT）的方法,研究了多孔氮化硼（p-BN）及其空位缺陷对燃油中噻吩类硫化物及非硫化物的吸附行为及吸附选择性。结果表明：B—N极性键与硫化物极性分子之间的分子间力使p-BN能选择性去除燃油中的二苯并噻吩（DBT）;引入N、B空位缺陷后,缺陷能级与S原子形成化学相互作用并伴随电荷转移,进一步增强了p-BN对硫化物的吸附。通过对N、B空位缺陷形成能的计算,预测了合成含V_N、V_B的p-BN所需的化学条件：在富硼条件下,采用B₂H₄作为B源比采用B、α-B₁₂和BH₃等更有利于V_N的形成;而在富氮环境下采用N₂H₄作为N源比采用N₂、NH₃等更有利于V_B形成。为实验上有目的地合成高效吸附脱硫材料提供理论依据。     

煤红外快速热解过程中床层对二次反应的影响

针对煤快速热解研究中样品添加量少(mg级)、焦油收集难等问题,本研究利用压片法制备微薄厚度(mm级)的煤层,并采用红外加热装置考察大添加量(g级)、微薄煤层的快速热解特性。对比堆积煤样和不同煤压片厚度(1.5~3 mm)与个数(1~2)的压片煤样热解特性发现,压片煤层热解过程的二次反应受到明显抑制,焦油产率急剧增加,在1000℃时达9.96%,为格金分析的1.5倍,实现油气产量的同步增长。模拟蒸馏分析发现,堆积状态下焦油以沥青质为主,而微薄煤层制焦油含大量轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油。GC-MS和FTIR分析表明,随煤层厚度和个数的减少,焦油组分和含量提高,芳香烃类和含氧官能团吸收增加,进一步验证煤快速热解过程中煤层厚度对焦油产率和品质的影响,揭示在二次反应充分抑制下煤高温热解的初级反应特性。     

Investigation of LSM-8YSZ cathode within an all ceramic SOFC. Part I: Chemical interactions

This work focuses on a novel, co-sintered, all-ceramic solid oxide fuel cell (SOFC) concept. The objective is the understanding of interaction and degradation mechanisms of the cathode and current collector layers within the design during co-sintering. Half cells consisting of silicate mechanical support, lanthanum strontium manganite (LSM) current collector, LSM mixed with 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ) composite cathode and 8YSZ electrolyte were co-sintered at 1150 °C < T < 1250 °C. Crystallographically stable LSM compositions within the design were identified. However, the cathode and silicate/electrolyte interacted by interdiffusion of Zn (gas diffusion) and Mn (solid diffusion), and by the formation of several reaction phases (between silicate and cathode only). Introducing silicate poisoning decreased the electrochemical performance of the cell by around 40%. This is likely due to the formation of the Zn- and Mn-rich phase in the cathode, but may also be caused by a higher ohmic resistance of the current collector.     

高温车用燃料电池的发展及现状综述

燃料电池车以其能量转化效率高、绿色环保、噪音低等优点,被认为是替代传统化石能源汽车最有前景的新能源汽车。目前车用燃料电池的工作温度一般都低于80℃,低温的工作环境使其面临着诸多问题,如复杂的水管理和CO中毒等。通过提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）的工作温度可以缓解这些问题,提高燃料电池的性能。然而,高温的工作环境也会对燃料电池带来诸多挑战,如膜脱水、催化剂团聚、冷启动速度缓慢等。要促进高温（90～120℃）车用燃料电池的快速发展,需要对其问题及解决方法进行分析。本文从电堆比功率、膜电极、双极板、进气方式、加湿方式等方面,介绍燃料电池的发展现状及存在的问题,包括Nafion膜和催化剂的热稳定问题、双极板的耐腐蚀问题、流道的气体分配问题、进气方式和加湿方式的优化以及冷启动问题。指出通过掺杂亲水性氧化物改善Nafion膜的高温性能;将Pt合金化及采用介孔炭提高催化剂的稳定性和电化学活性;镀层不锈钢金属双极板可以增强耐腐蚀性;3D流场等新型流场结构及提高进气温度、速度可以提高气体的均匀性;采用自增湿方式可以简化电堆结构等解决方法,以期对燃料电池车的进一步发展起到引导作用。     

多孔纳米碳纤维作为质子交换膜燃料电池微孔层的性能

质子交换膜燃料电池膜电极中的微孔层结构对改善体系的水管理能力,提升膜电极的整体性能发挥重要作用。本文通过静电纺丝和后续热处理的方法制备了多孔纳米碳纤维（PCNF）,并以此构建膜电极的微孔层。与炭黑颗粒作为微孔层呈现出紧密堆积结构不同,由PCNF搭建的微孔层结构疏松呈现三维贯通状。膜电极的发电测试表明,以多孔纳米碳纤维作为微孔层（MPL-PCNF）的膜电极其最大功率密度达70.0mW/cm²,远高于炭黑颗粒为微孔层（MPL-CB）的膜电极（58.1mW/cm²）,而没有微孔层（Ref）结构的膜电极最大功率密度仅为27.7mW/cm²,显示出PCNF作为微孔层材料的明显优势。     

改性氧化钛对羟乙基乙二胺水溶液解吸CO2的强化

羟乙基乙二胺（AEE）水溶液的CO₂循环吸收量高（1.2molCO₂/molAEE）,吸收速度快,稳定性好,但解吸速度慢、解吸量少（0.8mol CO₂/mol AEE）是限制该技术广泛应用的主要原因。本文通过向AEE水溶液中添加质量分数为0.05%～0.20%的改性氧化钛（TiO₂-MWCNT和TiO₂-OH）强化AEE的解吸能力。CO₂循环吸收（40℃）-解吸（120℃）实验结果表明改性氧化钛的添加比氧化钛强化CO₂解吸效果更好,强化顺序为TiO₂-MWCNT＞TiO₂-OH;其对应的最大解吸速率分别为0.093L/min（质量分数0.15%）和0.083L/min（质量分数0.20%）,相对于AEE水溶液,分别提高了32.9%和18.6%;其对应的最大解吸量分别为0.92molCO₂/molAEE（质量分数0.15%）和0.88molCO₂/molAEE（质量分数0.20%）,分别提高了12.2%和9.7%;其对应的CO₂循环吸收量分别是0.95molCO₂/molAEE（质量分数0.15%）和0.89molCO₂/molAEE（质量分数0.15%）,分别提高了18.75%和11.25%;5次循环吸收解吸实验结果表明改性氧化钛强化CO₂解吸效果稳定,具有较强的化学稳定性。对反应后的改性氧化钛进行XRD、BET、FTIR和SEM表征,结果表明改性氧化钛具有较强的结构稳定性。TiO₂-MWCNT和TiO₂-OH在促进有机胺溶液解吸CO₂方面具有一定的工业应用潜力。