直接碳固体氧化物燃料电池

碳是重要的能量载体. 直接碳固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）是一种直接使用固体碳为燃料的能量转换装置,通过电化学反应,DC-SOFC可将碳所蕴含的化学能直接而连续地转换成电能,转换效率高,产生的CO₂浓度高,易于捕集和后续处理. 本文系统地介绍DC-SOFC的结构组成、工作原理、研究现状和发展趋势,重点介绍了作者课题组在DC-SOFC研究方面的成果和进展,包括单电池和电池组的研制、采用生物质碳和煤炭为燃料时的性能和DC-SOFC在气电联产中的应用探索.     

固体氧化物燃料电池直接以焦炭为燃料的电性能

直接碳固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）是一种潜在的固体碳燃料高效率、低污染发电技术。本研究报道了将工业焦炭直接用作管式DC-SOFC燃料的研究。制备了电极材料为Ag-GDC （钆掺杂氧化铈）的YSZ （钇稳定化氧化锆）电解质支撑型管式固体氧化物燃料电池（SOFC）。采用拉曼光谱、扫描电镜和X射线能谱仪对焦炭燃料进行了性质表征。结果表明,焦炭燃料呈微米级的颗粒状,并含有大量对Boudouard反应有利的缺陷结构。电池以纯焦炭为燃料在850℃取得的最大功率密度为149mW/cm²,在碳燃料表面负载能提高Boudouard反应速率的Fe催化剂后,最大功率密度提高至217mW/cm²。通过电化学测试和尾气表征,分析了恒电流放电过程中电池的性能衰减机制。测试结果证明了将焦炭直接用作全固态DC-SOFC的燃料产生电能的可行性。     

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池（D-HC SOFC）具有能量密度高和运行成本低等特点,可望在便携式电源等方面得到广泛应用,已成为国际上SOFC领域的研究热点。本文对D-HC SOFC进行了热力学分析,综述了目前国际上在D—HCSOFC研究方面的现状,指出现有的D-HC SOFC研究工作绝大多数都是围绕着如何避免积碳进行。围绕着避免积碳的3条途径即降低工作温度、采用合适的催化剂和促进电化学氧化,对D-HC SOFC研究进行了阐述和讨论。文中还提到一些阳极反应机理方面的研究,并对今后的D-HC SOFC工作提出了作者的观点,认为应该在D-HC SOFC电池组方面和涉及到气体分布的阳极反应机理方面做更多工作。     

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池(D-HC SOFC)具有能量密度高和运行成本低等特点,可望在便携式电源等方面得到广泛应用,已成为国际上SOFC领域的研究热点。本文对D-HC SOFC进行了热力学分析,综述了目前国际上在D-HC SOFC研究方面的现状,指出现有的D-HC SOFC研究工作绝大多数都是围绕着如何避免积碳进行。围绕着避免积碳的3条途径即降低工作温度、采用合适的催化剂和促进电化学氧化,对D-HC SOFC研究进行了阐述和讨论。文中还提到一些阳极反应机理方面的研究,并对今后的D-HC SOFC工作提出了作者的观点,认为应该在D-HC SOFC电池组方面和涉及到气体分布的阳极反应机理方面做更多工作。     

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池(D-HC SOFC)具有能量密度高和运行成本低等特点,可望在便携式电源等方面得到广泛应用,已成为国际上SOFC领域的研究热点.本文对D-HC SOFC进行了热力学分析,综述了目前国际上在D-HC SOFC研究方面的现状,指出现有的D-HC SOFC研究工作绝大多数都是围绕着如何避免积碳进行.围绕着避免积碳的3条途径即降低工作温度、采用合适的催化剂和促进电化学氧化,对D-HC SOFC研究进行了阐述和讨论.文中还提到一些阳极反应机理方面的研究,并对今后的D-HC SOFC工作提出了作者的观点,认为应该在D-HC SOFC电池组方面和涉及到气体分布的阳极反应机理方面做更多工作.     

以丁烷为燃料的便携直接火焰固体氧化物燃料电池堆的研究(英文)

以丁烷液化气为燃料,以固体氧化物燃料电池为电源,可以进行全天候的充电,是未来理想的充电模式。研究了以丁烷为燃料的可以便携的直接火焰燃料电池堆。该电池结构和电性能分别用扫描电子显微镜SEM和电化学工作站进行了表征。该电池堆由3片以Ni/YSZ为阳极支撑形的单电池构成。该电池堆操作开路电压为2.1 V,最大输出功率为0.24 W,可带动小风扇连续运行超过4 h。运行4 h后电池阳极没有积炭发生,说明该电池可以连续运行多个小时,可用作便携充电电源。     

固体氧化物燃料电池——材料与前瞻(英文)

本文依据固体氧化物燃料电池(SOFC)于运作条件下的基本性能,诸如化学稳定性、电迁移、催化和热机械性能等评述SOFC组成部分(电极材料和电解质)的基本性质.示明由氧偏离化学计量比引起的电极材料结构缺陷与其电子性质及催化活性之间的相互关系,提出单室燃料电池概念.     

高温固体氧化物燃料电池

从材料选择、结构设计与技术经济诸方面评述了第三代燃料电池（ＳＯＦＣ）的发展历史和发展现状。由于第三代燃料电池中大量应用稀土及其固有的一系列优点，值得引起我国的重视。分析表明，在我国开展ＳＯＦＣ的研究与开发工作具有重要意义。同时，分析了发展ＳＯＦＣ过程中的材料选择与结构设计的原则。     

以椰壳生物质炭为燃料的直接炭固体氧化物燃料电池

通过热裂解制得椰壳炭,表征了其结构和组成,并将其用于电解质为钇稳定化氧化锆（YSZ）、电极材料为银和钆掺杂氧化铈（Ag-GDC）的固体氧化物燃料电池（SOFC）的燃料,对所构成的直接炭固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）的性能进行了测试研究。结果表明,所制得的椰壳炭颗粒粒径在微米级别,具有介孔结构,而且椰壳炭中含有K、Ca等元素,可用作Boudouard反应催化剂。当使用椰壳炭作为DC-SOFC燃料时,在800 ℃下电池最大功率密度为255 mW/cm²;负载Fe催化剂后,最大功率密度提升为274 mW/cm²。以0.5 A/cm²的恒电流放电,0.5 g负载Fe椰壳炭燃料电池能够连续工作17.6 h,燃料利用率为39%,表明椰壳炭作为DC-SOFC燃料具有优异的性能和潜力。     

单室固体氧化物燃料电池

单室固体氧化物燃料电池使矿物燃料和氧在同一气室中反应发电,具有无需密封、结构简单及抗热和机械性能强的特点,已经显示出作为便携式电源的良好发展前景,近几年来已成为燃料电池领域的一个研究热点。本文较详细地介绍了单室固体氧化物燃料电池的发展背景、特点、工作原理和影响单室固体氧化物燃料电池性能的众多因素,阐述了它的发展历程及最新进展,并对其前景进行了展望。     

可用作便携式电源的高性能直接碳固体氧化物燃料电池组

A direct carbon solid oxide fuel cell (DC-SOFC) stack was prepared with 3 tubular cells electrically connected in series. To increase carbon storage in the stack, the anode was fabricated outside the tubular cells so that carbon fuel can be loaded at the exterior of the stack, which is more spacious than the interior. The 3-cell-stack is operated directly with carbon as the fuel and oxygen in ambient air as the oxidant. With a total effective area of 10.2 cm² and a 5% (w) Fe-loaded activated carbon fuel of 17 g, the stack reveals a peak power of 4.1 W at 800℃. The stack discharged at a constant current of 1.0 A for 19 h, giving a charge capacity of 19 A·h and an energy capacity of 31.6 W·h, which are much higher than those of a similar stack with anode on the inside and carbon loaded at the interior. The high capacity of our DC-SOFC opens up potential applications in portable devices.     

平板式氧化物燃料电池（SOFC）研制及性能考察

对固体氧化物燃料电池进行研制。在ＹＳＺ固体电解质上制备成功Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ３阴极和Ｎｉ－ＹＳＺ陶瓷阳极，并解决了高温无机密封技术难题，组装出平板式ＬＳＭ．ＹＳＺ．Ｎｉ－ＹＳＺ单电池。     

Influence of NaCl on Cathode Performance of Solid Oxide Fuel Cells

Degradation induced by sodium chloride in air was investigated for (La_0.8Sr_0.2)_0.98MnO₃(LSM) and La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃(LSCF) cathodes in solid oxide fuel cells(SOFC). Cell performance was measured by volatilizing NaCl to be supplied to the cathode at a constant current density of 200 mA/cm² for up to 100 h. At 800 ℃, an exposure of the cathode to 30 mg/L NaCl caused negligible degradation of LSM at least for 100 h. Slight change in the composition of the cathode materials was observed which may imply the gradual degradation of cell performance for the long-term. In addition, cell performance degradation was compared between 700 ℃ and 900 ℃, being poisoned by 30 mg/L NaCl. Degradation was negligible for LSM cathode, while LSCF cathode showed slightly poor tolerance at 700 ℃ due to the decomposition of the cathode material. Further studies should be done to clarify the long-term influence of NaCl on cathode performance.     

大尺寸固体氧化物燃料电池的电极过程解析方法

电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)作为一种原位/非原位的电化学表征技术,在固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)尤其是小尺寸电池的研究中得到了广泛应用,而工业大尺寸电池的EIS研究较少且大多基于小尺寸电池的研究结果。本文对工业尺寸(10 cm × 10 cm)阳极支撑平板式SOFC搭建了EIS测试系统,并改变电池运行温度、阳极/阴极气体组分,对该电池进行了系统的EIS测试,而后采用不基于先验假设的弛豫时间分布法(Distribution of Relaxation Times,DRT)对EIS数据进行解析。通过比较分析不同条件下的DRT结果,揭示了DRT中各特征峰与电池中具体电极过程的对应关系。与小尺寸电池相比,由于大尺寸电池的有效面积较大且入口流量较小,气体转化过程在大尺寸电池中不容忽视。本文通过解析EIS实现了对工业大尺寸SOFC单电池中各项电极过程的分辨,该方法及结果能够进一步应用于SOFC原位表征、在线监测以及衰减机理等相关研究。     

共压共烧结法制备固体氧化物燃料电池及其结构性能分析

用共压 共烧结法制备以Ce0.8Gd0.2O1.9(CGO)作电解质的中温固体氧化物燃料电池,其中CGO和阴极材料La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-α(LSCF)由溶胶凝胶法合成.实验表明,,由共压 共烧结法制备的上述材料组装的电池具有致密的电解质层,且与电极的结合非常紧密,测得的最大输出功率0.14W/cm2,相应的操作温度为650℃,电流密度为307mA/cm2.该电池的电化学过程为内阻和浓差极化联合控制,使用造孔剂可改善阳极基底的孔隙结构,降低浓差极化过电位.     

固体氧化物燃料电池最新发展动态——第五届固体氧化物燃料电池国际会议内容介绍

固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）是八十年代迅速发展起来的新型绿色发电技术,以其能量转化效率高,环境友好,燃料适应性强和寿命长等显著优点,引起许多发达国家的重视．根据１９９７年６月在德国亚琛市举行的第五届固体氧化物燃料电池国际会议交流情况和多年来对ＳＯＦＣ的了解,本文对管式、平板式以及其它新型结构的ＳＯＦＣ电池的最新发展动态作以全面的描述．同时对近两年来ＹＳＺ薄膜型和新型固体电解质中温电池的发展热点也作了全面的介绍     

Evaluation and Model of Performance of A Tubular Solid Oxide Fuel Cell

Introduction Fuel cells are devices that convert the chemicalenergy into electricity directlyviathe reaction of fuelswith oxidants. They can achieve greater electrical effi-ciency than that obtained from conventional heat en-gines, which is a highly environmentally friendly meth-od of electric power production. Furthermore, addition-al efficiency can be obtained by adding a bottoming cy-cle to recover the heat from the hot gas exhausted froma solid oxide fuel cell(SOFC)[1—3].Planar and tubu…     

生物质气为燃料的燃料电池理论电动势计算

The electromotive force (e.m.f.) of solid oxide fuel cells using biomass produced gas (BPG) as the fuels is calculated at 700-1,200 K using an in-house computer program, based on thermodynamic equilibrium analysis. Tour program also predicts the concentration of oxygen in the fuel chamber as well as the concentration of equilibrium species such as H2, CO, CO2 and CH4. Compared with using hydrogen as a fuel, the e.m.f.for cells using BPG as the fuels is relative low and strongly influenced by carbon deposition. To remove carbon deposition, the optimum amount of H2O to add is determined at various operating temperatures.Further the e.m.f, for cells based on yttria stabilized zirconia and doped ceria as electrolytes are compared.The study reveals that when using BPG as fuel, the depression of e.m.f, for a SOFC using doped ceria as electrolyte is relatively small when compared with that using Yttria stabilized zirconia.