固體氧化物燃料電池（SOFC）系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)之一是其出色的燃料靈活性,尤其是無需使用昂貴的外部重整工藝即可直接利用天然氣,沼氣或其他碳?xì)浠衔锶剂系臐摿�。直接�?nèi)部重整（DIR）SOFC將甲烷直接進(jìn)料并在陽極重整以產(chǎn)生用于發(fā)電的氫氣,例如甲烷的蒸汽和CO₂重整,具有更高的整體系統(tǒng)效率。然而,最具挑戰(zhàn)的是在烴類重整過程中會(huì)發(fā)生大量的副反應(yīng),如:（i）CH₄的裂解反應(yīng),（ii）CO歧化和（iii）逆水氣變換反應(yīng),使Ni基活性陽極因碳沉積失活,阻礙重整反應(yīng)的進(jìn)行。本研究以具有對(duì)稱雙面陰極（DSC）的大扁管SOFC的新型電池作為研究對(duì)象,采用更具現(xiàn)實(shí)意義的甲烷（天然氣,沼氣）作為燃料氣,研究不同運(yùn)行工況（進(jìn)料組分,溫度,電流密度等）對(duì)電池性能的影響及其長期穩(wěn)定運(yùn)行中的衰減規(guī)律和衰減機(jī)理,特別是對(duì)陽極積碳現(xiàn)象的影響及積碳引起的電池衰減機(jī)理。論文主要的工作及結(jié)論如下:（1）以氫氣為燃料氣時(shí),電池在750^oC,放電電壓為0.8V時(shí),獲得0.56W/cm²的優(yōu)異的電化學(xué)性能,相應(yīng)的燃料利用率為57.5%。如所預(yù)期的,... 

【文章來源】：江西理工大學(xué)江西省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

“常規(guī)”熱轉(zhuǎn)換和燃料電池能量轉(zhuǎn)換過程示意圖

第一章緒論2污染排放最少的清潔能源技術(shù)。因此，開發(fā)使用甲烷或甲烷基燃料的SOFC引起了極大的關(guān)注[11-13]。1.2燃料電池簡介燃料電池（FC）是一種電化學(xué)裝置，可將存儲(chǔ)在氣態(tài)或液態(tài)燃料（例如氫氣，甲烷，甲醇，乙醇等）中的化學(xué)能（吉布斯自由能）直接轉(zhuǎn)換為恒定的電能（直流電）溫度（圖1.1）[14]。這種類型的能量轉(zhuǎn)換過程不同于經(jīng)典的熱機(jī)械能量轉(zhuǎn)換過程，并且不受卡諾原理的限制，具有更高的能源效率，并且同時(shí)具有更低的CO2，VOC和NOX排放[7]。這使得燃料電池技術(shù)既經(jīng)濟(jì)又非常環(huán)保。因此，已被廣泛開發(fā)用于熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）系統(tǒng)、移動(dòng)電源系統(tǒng)、便攜式計(jì)算機(jī)和軍事通信設(shè)備等多種能源應(yīng)用[14]。圖1.1“常規(guī)”熱轉(zhuǎn)換和燃料電池能量轉(zhuǎn)換過程示意圖存在6種不同類型燃料電池類型：質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC或PEFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）、堿性燃料電池（AFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC）[15,16]。根據(jù)電解質(zhì)的性質(zhì)（酸性或堿性）和操作溫度對(duì)它們進(jìn)行如下排列，如圖1.2所示：圖1.2燃料電池的種類

第一章緒論5圖1.3固體氧化物燃料電池工作原理圖1.3.3SOFC理論電動(dòng)勢(shì)與性能以氫氧燃料電池為例，SOFC在本質(zhì)上是一個(gè)氧濃度差電池，氫氣作為燃料通入陽極側(cè)，氧氣作為氧化劑進(jìn)入陰極側(cè)，陰極和陽極側(cè)的氧分壓不同而造成濃差電勢(shì)[26]。燃料電池的開路電壓可由Nernst公式計(jì)算得到：22212HOHOPPRTEE+In()2FP其中：E*為理想狀態(tài)下的理論電動(dòng)勢(shì)，也稱能斯特電動(dòng)勢(shì)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為1.23V；R為氣體摩爾常數(shù)，8.314J/(Kmol)；F為法拉第常數(shù)，9.6485.3C/mol；工作狀態(tài)下，燃料電池的所有操作部件（陰極/陽極/電解質(zhì)）的相關(guān)的能量損耗分為三種：活化損耗（AL），濃度極化（CP）和歐姆損耗（OL），如圖1.4a所示。其中由電阻引起的歐姆損耗存在于所有燃料電池組件中，而活化損耗則是因?yàn)殡姌O/電解質(zhì)界面處的催化反應(yīng)能壘引起的。在SOFC陰極和陽極中，由于氣態(tài)反應(yīng)物和/或產(chǎn)物通過SOFC電極的傳輸速率有限，存在壓力梯度則導(dǎo)致了濃度極化。圖1.4（a）圖解說明SOFC中相關(guān)組件的能量損耗；(b)理想和實(shí)際燃料電池電流-電壓特性和極化損耗


本文編號(hào)：3070376