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新型含氢物料体固化还原物烧点电池
发布日期:2013-09-10   浏览次数:372次

       较之使用重整碳氢化合物燃料,直接碳氢化合物SOFC有很多好处:首先它结构简单,省去了复杂的重整设备;由于没有使用大量的水蒸汽,它的理论效率比使用重整燃料的更高;由于碳氢化合物燃料的能量密度比氢气燃料的高很多,加上省去了复杂的重整设施,D2HCSOFC发电系统的体积能量密度和重量能量密度会很高,在便携式电源、备用电源、辅助电源和分布式电站等应用方面具有很大的优越性。然而,碳氢化合物的分子比氢气大得多且结构复杂,反应活性较差,涉及到的反应也比较复杂。
  SOFC在高温下工作,而碳氢化合物在高温下容易发生裂解反应产生积碳,这是D2HCSOFC面临的主要问题,需要得到很好的解决。
  SOFC的工作原理燃料与氧发生氧化还原反应的最简单途径就是燃烧,例如燃料H2与O2直接发生燃烧反应生成水,并产生大量的热:H2+1Π2O2e-=H2O+241182kJΠmol(1)在这个氧化还原反应中,H2将电子直接传递给O2。
  SOFC的基本结构是两多孔电极中间夹一层致密电解质。阳极材料一般采用金属镍和电解质陶瓷材料制成的复合陶瓷金属,阴极材料采用具有较好电子导电性的钙钛矿结构氧化物,例如掺杂锰酸镧、铁酸镧等;电解质材料一般采用具有较高氧离子导电率而几乎没有电子导电性的氧化物材料,例如钇稳定化的氧化锆(YSZ)。
  H2在阳极的催化作用下,失去电子变成氢离子(质子)H+附着在阳极Π电解质界面处;O2在阴极的催化作用下得到电子变成氧离子O2-。显然,阴极处的O2-浓度比阳极处的高很多。由于电解质能够传导氧离子,因此,阴极处的O2-在浓差作用下穿过电解质到达阳极Π电解质界面,与那里的H+结合生成水。在整个反应过程中,电子的传递是通过外电路实现的,因此这个反应只有当外电路接通时才能完成。电子通过外电路产生电能,具体反应可表示如下:阳极:H2→2H++2e-(2)
  阴极:1Π2O2+2e-→O2-(3)总反应:H2+1Π2O2e-=H2O(4)此总反应(4)与前面的燃烧反应(1)的反应物和生成物相同,只是实现反应的途径不同,产生的效果也不同。直接燃烧反应产生热能,而通过电解质隔层发生的电化学反应主要产生电能。应该特别强调的是,尽管燃烧反应和电化学反应的途径不同,但是他们都遵守相同的热力学定律。
  结论与展望直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池(D2HCSOFC)可以通过控制工作温度、使用合适的阳极催化剂和采用电化学氧化的方法达到抑制积碳的目的,从而使SOFC能够直接使用廉价易得的碳氢化合物燃料高效地运行。
  D2HCSOFC电池组(或电堆)的性能研究。现有的D2HCSOFC研究基本上都是针对单电池进行的,单电池的反应面积小、气道短,进气口和出气口的气体成分差别不大,燃料利用率低。但D2HCSOFC要投入实际应用,必须制成电池组。SOFC电池组与单电池不同,反应面积变大,特别是气道长,要求燃料利用率高,进气口和出气口的气体成分差别很大,这必定会产生更多的问题。因此,今后在D2HCSOFC电池组的研究方面,还需做大量的工作。

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