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燃料电池系统最大热力学电效率及对氢气、甲烷和丙烷的应用结果
引用本文:毛芮超,汝啸,林子敬.燃料电池系统最大热力学电效率及对氢气、甲烷和丙烷的应用结果[J].化学物理学报,2018,31(3):325-334.
作者姓名:毛芮超  汝啸  林子敬
作者单位:中国科学技术大学物理系, 合肥微尺度物质科学国家研究中心, 中国科学院强耦合量子材料物理重点实验室, 合肥 230026,中国科学技术大学物理系, 合肥微尺度物质科学国家研究中心, 中国科学院强耦合量子材料物理重点实验室, 合肥 230026,中国科学技术大学物理系, 合肥微尺度物质科学国家研究中心, 中国科学院强耦合量子材料物理重点实验室, 合肥 230026
基金项目:This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (No.11574284 and No.11774324), the National Basic Research Program of China (No.2012CB215405) and Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology. And Prof. Qing-quan Lei is thanked for his stimulation of this work.
摘    要:燃料电池系统的最大电效率(ηemax)对理解和发展燃料电池技术至关重要.本文通过对燃料电池系统的热力学分析,在考虑加热燃料与空气至燃料电池工作温度的热量需求的基础上,建立了燃料电池运行过程的能量平衡关系,进而推导出了ηemax的显式理论表达式.结果表明,与卡诺效率不同,ηemax与燃料有关.由于除氢燃料外,计算ηemax需要进行化学平衡计算,本文推导了烷烃燃料化学平衡态的解析解.所得理论模型被用于分析温度(T)与燃料水含量及废热回收率对ηemax的影响.结果表明,甲烷和丙烷燃料的ηemax随温度的升高而显著降低.此外,对中等废热回收率且运行于700 ℃≤T≤900 ℃的燃料电池系统,氢气燃料的ηemax要高于甲烷和丙烷燃料的ηemax.

关 键 词:解析理论  能量平衡  能斯特势  燃料利用率  烷烃  化学平衡
收稿时间:2017/11/6 0:00:00
修稿时间:2018/4/4 0:00:00

Maximum Thermodynamic Electrical Efficiency of Fuel Cell System and Results for Hydrogen, Methane, and Propane Fuels
Rui-chao Mao,Xiao Ru and Zi-jing Lin.Maximum Thermodynamic Electrical Efficiency of Fuel Cell System and Results for Hydrogen, Methane, and Propane Fuels[J].Chinese Journal of Chemical Physics,2018,31(3):325-334.
Authors:Rui-chao Mao  Xiao Ru and Zi-jing Lin
Institution:Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale and CAS Key Laboratory of StronglyCoupled Quantum Matter Physics, Department of Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China,Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale and CAS Key Laboratory of StronglyCoupled Quantum Matter Physics, Department of Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China and Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale and CAS Key Laboratory of StronglyCoupled Quantum Matter Physics, Department of Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
Abstract:
Keywords:Analytical theory  Energy balance  Nernst potential  Fuel utilization  Alkane  Chemical equilibrium
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