【摘要】：固體氧化物直接碳燃料電池采用固體氧化物作為電解質(zhì),能夠?qū)⑻既剂系幕瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,具有效率高、燃料適應(yīng)性廣、利于CO2捕集等優(yōu)點(diǎn),在能源與環(huán)境問題日益突出的現(xiàn)實(shí)條件下展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。固體氧化物直接碳燃料電池中的關(guān)鍵問題在于研發(fā)合適的碳燃料轉(zhuǎn)化陽極,以滿足反應(yīng)催化、物質(zhì)輸運(yùn)以及雜質(zhì)耐受等要求。本文系統(tǒng)地總結(jié)并分析了多孔固體陽極、熔融碳酸鹽陽極和液態(tài)金屬陽極三類直接燃料電池陽極的結(jié)構(gòu)特性、工作原理、材料特性等,特別關(guān)注了以液態(tài)金屬作為陽極的直接碳燃料電池,分析了該類電極的優(yōu)勢,探討了未來固體氧化物直接碳燃料電池陽極的發(fā)展方向。
【圖文】：

夏巖岳┥⒅裂艏鄟誆?[3],燃料與陽極接觸困難,造成直接碳燃料電池性能遠(yuǎn)低于氣體燃料電池的性能,因此,改進(jìn)陽極結(jié)構(gòu)進(jìn)而改善電池性能成為SO-DCFC研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。對此,國內(nèi)外研究者提出了不同的SO-DCFC陽極解決方案。本文重點(diǎn)論述了近年來燃料電池界對改善陽極與碳燃料接觸狀態(tài)方面開展的研究,介紹了三種主要研究的固體氧化物直接碳燃料電池陽極(多孔固體陽極、熔融碳酸鹽陽極和液態(tài)金屬陽極)的發(fā)展現(xiàn)狀。1多孔固體陽極多孔固體電極SO-DCFC一般沿用氣態(tài)燃料的固體氧化物燃料電池陽極[7-8],電極的工作原理如圖1[8]所示。在電池工作過程中,陽極區(qū)域內(nèi)主要存在兩條碳燃料轉(zhuǎn)化路徑:1)碳的直接電化學(xué)轉(zhuǎn)化路徑,即碳在陽極三相界面處直接氧化,向外電路釋放電子,如方程(1)所示[9-10];2)碳的氣化轉(zhuǎn)化路徑,即以CO2作為陽極氣化劑為例,固體碳燃料與CO2反應(yīng)生成CO,CO再參與進(jìn)一步的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能[6,8],如方程(2)和(3)所示。從以氣體為燃料到以固體碳為燃料,這種“由氣到固”的改變對固體氧化物燃料電池的陽極提出了新的要求:優(yōu)化陽極結(jié)構(gòu)設(shè)計和給料方式,改善碳燃料與電極的接觸狀態(tài);合理選擇催化劑,加快碳燃料轉(zhuǎn)化速率。22C2OCO4e(1)2CCO2CO(2)22COOCO2e(3)為了研究固體碳燃料與陽極直接接觸時的反應(yīng)情況,Ihara等[9-10]采用CH4在電池陽極裂解積炭的方式為SO-DCFC供給燃料,此時碳燃料存在于整個陽極孔隙之中,與多孔固體陽極充分接觸。他們圖1多孔固體陽極SO-DCFC工作原理示意圖[8]Fig.1WorkingprincipleofporoussolidanodeSO-DCFC[8]分析指出,在此種工況下,陽極區(qū)以碳燃料的直接電化學(xué)轉(zhuǎn)化為主。當(dāng)采用一般給料方式,以碳顆粒作為燃料時,由于碳顆粒直徑與多孔陽極孔隙?

，

本文編號：2533873