發(fā)布時(shí)間：2021-07-04 18:28

　　固體氧化物燃料電池（solid oxide fuel cell,SOFC）是一種以固體氧化物為電解質(zhì),通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接將燃料的化學(xué)能清潔、高效地轉(zhuǎn)換為電能的全固態(tài)發(fā)電裝置。SOFC的突出特點(diǎn)是燃料適應(yīng)性廣,不僅可利用氫氣、天然氣、甲醇、汽油等氣體、液體燃料,還可利用煤、生物質(zhì)等固體含碳燃料。生物質(zhì)具有可再生,碳中性,來(lái)源廣,成本低的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的生物質(zhì)利用方式是作為柴薪直接燃燒,能量轉(zhuǎn)換效率低,污染物排放高。本文研究將生物質(zhì)直接用作SOFC的燃料、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)電的可行性,旨在為生物質(zhì)資源的高效、清潔利用探索一條新途徑。本文選取果木枝和中密度纖維板（medium density fiberboard,MDF）兩種生物質(zhì)為研究對(duì)象。在系統(tǒng)表征果木枝、MDF及其熱解炭的理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了它們直接用作SOFC燃料的電化學(xué)性能和燃料利用率。研究發(fā)現(xiàn),果木枝燃料在850℃的電池最大功率密度（peak power density,PPD）為157 mW cm^-2,燃料利用率為36.2%,表明果木枝可直接通過(guò)SOFC實(shí)現(xiàn)原位高效發(fā)電。果木枝擔(dān)載鋼渣催化劑后,在850℃的P... 

【文章來(lái)源】：山西大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

固體氧化物燃料電池工作原理圖[66]

第一章緒論7圖1.2Nakagawa制備的分離式DC-SOFCs結(jié)構(gòu)和工作原理圖[58]Fig.1.2StructureandworkingprinciplediagramofDetachedDC-SOFCsfabricatedbyNakagawa[58]Gür等[59]人設(shè)計(jì)了一種流化床式的DC-SOFCs，如圖1.3所示。該電池以Ni-YSZ為陽(yáng)極、YSZ為電解質(zhì)、LSM-LSC為陰極。流化床的設(shè)計(jì)方式擴(kuò)大了固體碳燃料與陽(yáng)極的接觸面積，實(shí)現(xiàn)了燃料的持續(xù)供應(yīng)。CO2為陽(yáng)極載氣時(shí)，碳燃料先和CO2發(fā)生Boudouard氣化反應(yīng)生成CO，CO擴(kuò)散至TPB處與電解質(zhì)傳導(dǎo)的O2-反應(yīng)生成CO2并釋放電子。電池的陽(yáng)極反應(yīng)如下：COCOC22（1-4）OeCOCO222（1-5）王課題組[54]認(rèn)為電池剛工作時(shí)，與陽(yáng)極直接接觸的碳燃料先和YSZ傳遞來(lái)的O2-發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生CO2并釋放電子，然后CO2擴(kuò)散至未直接接觸陽(yáng)極的碳燃料表面發(fā)生Boudouard反應(yīng)生成CO，生成的CO擴(kuò)散至TPB處與O2-發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)生成CO2和電子，循環(huán)反應(yīng)。陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理如下：O42eCOC22（1-6）COCOC22（1-4）OeCOCO222（1-5）

以生物質(zhì)為燃料的固體氧化物燃料電池研究8圖1.3Gür設(shè)計(jì)的流化床式燃料電池示意圖[59]Fig.1.3SchematicdiagramofafluidizedbedfuelcelldesignedbyGür[59]關(guān)于DC-SOFCs的陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理有很多種解釋?zhuān)毡檎J(rèn)為陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理與碳燃料和陽(yáng)極接觸方式有關(guān)[60-62]。大量的研究表明，碳燃料的Boudouard氣化反應(yīng)和CO的電化學(xué)氧化是DC-SOFCs重要反應(yīng)。Boudouard氣化反應(yīng)解決了DC-SOFCs固體碳燃料的傳質(zhì)問(wèn)題，因此，改善固體碳燃料的Boudouard氣化反應(yīng)性來(lái)提高電池性能是一種重要途徑。根據(jù)Gibbs自由能計(jì)算，在高溫（≥1000K）下對(duì)Boudouard氣化反應(yīng)是有利的，使用催化劑可以降低初始反應(yīng)溫度并大大加快反應(yīng)速率。1.3.2DC-SOFCs的固體碳燃料劉等[63]將麥秸、玉米芯、甘蔗渣在700℃厭氧環(huán)境下熱解后，剩余富含碳的麥秸焦、玉米芯焦及蔗渣焦作為燃料，用于以YSZ為電解質(zhì)、Ag-釓摻雜的氧化鈰（GDC）為陰陽(yáng)極的電解質(zhì)支撐型電池。800℃下測(cè)得峰值功率密度分別為187mwcm-2、204mwcm-2、260mwcm-2。特別地，擔(dān)載了5％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Fe基催化劑的玉米芯焦，功率輸出從204mwcm-2提高至270mWcm-2。Dudek等[64]人測(cè)試了600-850℃范圍內(nèi)，以核桃殼炭為燃料的DC-SOFCs電化學(xué)性能。結(jié)果表明，在850℃時(shí)，450℃炭化的核桃殼在CO2氣氛中的輸出功率約為119mWcm-2，在N2的輸出功率約為90mWcm-2。焦等[65]以煤焦為燃料，研究了鋼渣催化劑對(duì)Boudouard反應(yīng)的催化能力。結(jié)果表明，酸活化后的鋼渣，降低了Boudouard反

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3265308