固體氧化物燃料電池-資料下載頁(yè)
2025-05-09 22:05本頁(yè)面
【正文】 型 SOFC一般在很高的溫度下操作，主要用于固定電站系統(tǒng)，所以高溫 SOFC一般采用管型結(jié)構(gòu)。 管型 SOFC的缺點(diǎn)： 電流通過(guò)的路徑較長(zhǎng)，限制了 SOFC的性能。 研究前景 ? 經(jīng)過(guò)幾十年的研究 ,SOFC技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步 ,但仍然有許多關(guān)鍵性的問(wèn)題需要解決。首先是降低 SOFC的工作溫度 ,這就要求制備薄且致密的電解質(zhì)以降低電池的內(nèi)阻 ,并開(kāi)發(fā)中低溫下電導(dǎo)率高的新型材料。 ? 其次是開(kāi)發(fā)與電解質(zhì)相匹配且電子和離子電導(dǎo)率高的新型電極 ,目前主要的研究工作是改進(jìn)制備工藝和對(duì)已有電極材料進(jìn)行摻雜改性 ,或開(kāi)發(fā)新的材料體系。 ? 再者為了使低成本的碳?xì)淙剂系玫綇V泛的應(yīng)用 ,解決積碳問(wèn)題也是非常重要的方面。通過(guò)對(duì)已有的陽(yáng)極材料進(jìn)行稀土元素的摻雜已取得了一定的成果 ,但仍需進(jìn)一步的研究。 熔融碳酸鹽燃料電池 （一）工作原理 陰極： O2+ 2CO2+ 4e→2CO 32 陽(yáng)極： 2H2+ 2CO32→ 2CO 2+ 2H2O + 4e– 總反應(yīng)： O2＋ 2H2→ 2H 2O 由電極反應(yīng)反應(yīng)可知， MCFC的導(dǎo)電離子為 CO32。在陰極，二氧化碳為反應(yīng)物，在陽(yáng)極，二氧化碳為產(chǎn)物。 電極 電極是氫氣或一氧化碳氧化及氧化還原的場(chǎng)所。在陰極和陽(yáng)極分別進(jìn)行的是氧陰極還原和氫陽(yáng)極氧化反應(yīng)，由于反應(yīng)溫度為 650℃ ，反應(yīng)有電解質(zhì)參與，要求電極材料有很高的耐腐蝕性和較高的電導(dǎo)。 陰極上氧化劑和陽(yáng)極上燃料氣均為混合氣，因此電極均為多空氣體擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。氣體擴(kuò)散電極的多孔結(jié)構(gòu)有利于反應(yīng)氣體、電解質(zhì)熔鹽及電催化劑之間形成氣 液 固三相反應(yīng)界面。 電極 材質(zhì) 孔徑/μm 孔隙率 /% 電解質(zhì)充滿率 /% 厚度/mm 陰極 NiO 5~10 70~80 15~30 ~ 陽(yáng)極 Ni 約 5 50~70 50~60 ~ NiO陰極和 Ni陽(yáng)極物性及幾何參數(shù) 從表中可見(jiàn)， NiO陰極孔徑、孔隙率都比 Ni陽(yáng)極大，而電極厚度卻比 Ni陽(yáng)極薄，所有這些都是為了克服氧陰極電極反應(yīng)濃差極大而設(shè)計(jì)的。 NiO陰極具有良好的導(dǎo)電性和高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行中， NiO電極易產(chǎn)生溶解， Ni2+在電解質(zhì)基底中被經(jīng)電池隔膜滲透過(guò)來(lái)的氫還原為金屬鎳，形成的枝狀晶體沉積于隔膜中，導(dǎo)致電池性能降低、壽命縮短，現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池短路。為此，這在開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)如偏鈷酸鋰、偏錳酸鋰、氧化銅、二氧化鈰等新的陰極電催化劑。 電解質(zhì)及隔膜 （一）電解質(zhì) MCFC電解質(zhì)通常采用碳酸鋰和碳酸鉀的混合物或者碳酸鋰和碳酸鈉的混合物，其熔點(diǎn)在 500℃ 左右，熔融碳酸鹽電解質(zhì)依靠毛細(xì)作用保持在隔膜中。目前典型的電解質(zhì)是含有約 40%的碳酸鋰和 60%的其他碳酸鹽（摩爾比）。 （二）隔膜 隔膜是熔融碳酸燃料電池的核心部分，它必須具備高強(qiáng)度、耐高溫熔鹽腐蝕、進(jìn)入融鹽電解之后能組氣密封并且具有良好的離子電導(dǎo)性。 偏鋁酸鋰（ LiAlO2）在 650℃ 電池工作溫度下，偏鋁酸鋰是不發(fā)生燒結(jié)的。由于隔膜是由偏鋁酸鋰粉體堆積而成，要確保隔膜耐受一個(gè)大氣壓的壓差，隔膜孔徑最大不超過(guò) ,偏鋁酸鋰的粉體的粒度就應(yīng)盡量細(xì)小，必須將其粒度控制在一定的范圍內(nèi)。為增加電解質(zhì)隔膜的強(qiáng)度，有時(shí)向基體中添加一定數(shù)量的 Al2O3顆?；蚶w維作增強(qiáng)劑，形成顆?；蚶w維增強(qiáng)的復(fù)合材料。 目前國(guó)際上的示范電站規(guī)模已達(dá)到1~2MW,如美國(guó)在加利福尼亞州進(jìn)行了2MW試驗(yàn)電廠 ,日本月光計(jì)劃進(jìn)行了 1MW試驗(yàn)電廠 ,瑞典進(jìn)行了 4MW生物質(zhì)燃料 MCFC發(fā)電廠的模擬研究。 但試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)隔膜燒結(jié)、陰極溶解、陽(yáng)極蠕變、雙極板腐蝕、電解質(zhì)流失等問(wèn)題是制約其商品化的核心問(wèn)題。
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