液態(tài)銻陽極直接碳燃料電池是一種潔凈煤發(fā)電技術(shù),能夠?qū)⒚禾俊⑸镔|(zhì)等固體碳燃料中的化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能。液態(tài)銻陽極的界面反應(yīng)動力學(xué)特性;燃料電池核心部件長時間運行穩(wěn)定性;燃料電池單元關(guān)鍵運行技術(shù)的研發(fā)與驗證都具有重要的意義。本博士論文針對以上關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題進行了研究:分析了液態(tài)銻陽極工作機制;解析了燃料電池中液態(tài)金屬陽極對解質(zhì)的腐蝕機理;發(fā)展了基于金屬支撐-大氣等離子噴涂的燃料電池批次化制造技術(shù);提出了直接碳燃料電池單元設(shè)計原則,解決了煤炭燃料連續(xù)進給、電極攪拌、高溫條件下低成本電流收集等直接碳燃料電池單元連續(xù)運行關(guān)鍵技術(shù)問題。研究采用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）單晶電解質(zhì)研究液態(tài)銻陽極界面反應(yīng)機理。燃料電池工作過程中,陽極內(nèi)部銻金屬的電化學(xué)氧化產(chǎn)物Sb2O3在燃料電池工作條件下為液相氧離子導(dǎo)體。Sb2O3由陽極-電解質(zhì)界面向陽極內(nèi)部的遷移過程在陽極中形成了氧離子傳導(dǎo)路徑與電化學(xué)反應(yīng)界面。依托該工作機理,研究在燃料電池工作條件下向陽極中在線引入Sb2O3,電流密度提升幅度最高可達14.2%。對電解質(zhì)腐蝕機理的研究表明:液態(tài)銻陽極對電解質(zhì)的腐蝕作用與電化學(xué)反應(yīng)緊密相關(guān)。液態(tài)銻陽極工... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

H2、CO和固體碳三種類型燃料電池開路電壓隨工作溫度變化情況

第1章引言15圖1.1H2、CO和固體碳三種類型燃料電池開路電壓隨工作溫度變化情況在液態(tài)金屬陽極直接碳燃料電池中，由于陽極-電解質(zhì)界面處主要發(fā)生液態(tài)金屬的電化學(xué)氧化反應(yīng)，燃料電池的開路電壓由液態(tài)金屬電極控制。由液態(tài)金屬陽極的工作過程可知，碳燃料還原金屬陽極對應(yīng)氧化物的反應(yīng)應(yīng)當(dāng)是一個熱力學(xué)上的自發(fā)反應(yīng)，因此液態(tài)金屬陽極直接碳燃料電池的開路電壓較圖1.1中所示的碳燃料直接電化學(xué)反應(yīng)開路電壓低[90]。液態(tài)金屬陽極中的錫陽極以及銻陽極的開路電壓如圖1.2所示。液態(tài)金屬陽極開路電壓偏低是該電化學(xué)反應(yīng)體系的一個弱點，只能依托液態(tài)金屬陽極電導(dǎo)率高的優(yōu)勢在工程層面上通過燃料電池的串聯(lián)解決。圖1.2液態(tài)錫陽極以及液態(tài)銻陽極開路電壓隨工作溫度的變化情況1.3.2直接碳燃料電池的理論效率一個燃料電池反應(yīng)體系的理論效率由反應(yīng)的吉布斯自由能變（G）和反應(yīng)焓（H）變共同決定。在給定的工作溫度下，燃料電池理論效率theo的計算公式如方程(1.44)所示。

第1章引言18圖1.3兩種液態(tài)金屬碳轉(zhuǎn)化陽極平衡狀態(tài)下腔室CO分壓、理論效率隨溫度變化情況1.3.3直接碳燃料電池的電壓效率與燃料效率燃料電池的工作電壓低于其開路電壓，電壓效率（vol）就是衡量這種電壓損失的量度，表達形式如方程(1.55)所示。volVE(1.55)其中V為燃料電池工作電壓，E為燃料電池開路電壓。投入燃料電池中的燃料組分不能完全轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氧化產(chǎn)物，就直接碳燃料電池的具體情況而言即尾氣中的CO含量高于平衡狀態(tài)下的CO分壓。部分氧化產(chǎn)物CO隨CO2逸出燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)，造成能量損失。衡量未反應(yīng)燃料組分逸出反應(yīng)系統(tǒng)多少的量度就是燃料效率（fuel）。直接碳燃料電池的燃料效率可由方程(1.56)表示。22COCOfuelCOCO222xxxx(1.56)其中COx、2COx分別為尾氣中CO、CO2所占的體積分數(shù)。燃料電池的效率sys可以表示為理論效率、電壓效率和燃料效率的乘積，如方程(1.57)所示。systheovolfuel(1.57)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]固體氧化物直接碳燃料電池新型陽極研究進展[J]. 王洪建,曹天宇,史翊翔,蔡寧生.  無機材料學(xué)報. 2014(07)
[2]氦氣測量及其地質(zhì)找礦意義[J]. 許來生.  湖南地質(zhì). 1999(04)

博士論文
[1]液態(tài)銻陽極直接碳燃料電池陽極機理與反應(yīng)特性研究[D]. 王洪建.清華大學(xué) 2014



本文編號：3247288