钢渣基催化剂的优化复配及其在DC-SOFCs中的应用

发布时间：2020-05-08 22:13

【摘要】：固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种不经历燃烧,便可把燃料的化学能直接转变为电能的发电装置,因具有效率高、排放低、燃料适应性广等特点而广受重视。氢气、一氧化碳、煤层气等气体燃料,液态饱和烃类、甲醇等液体燃料以及固体活性炭、生物质碳等燃料,都可应用于SOFCs中发电。其中,固体碳燃料具有运输与储藏便利、较高的体积能量密度、较高的安全性、阳极尾气中高浓度CO_2易捕集等优点。直接使用固体碳为燃料的固体氧化物燃料电池(direct carbon solid oxide fuel cell,DC-SOFC)是一种极具潜力的清洁发电技术,对解决我国燃煤火电导致的环境问题意义重大。碳与CO_2的反应(C+CO_2=2CO),即逆Boudouard反应,是DC-SOFCs的关键反应之一。钢渣是一种工业废弃物,其所含有的多种金属元素,对Boudouard反应具有催化作用。本文中,我们以钢渣为原料,设计了一种无污染物排放、无废弃物排放、简单高效的三元复合Boudouard反应催化剂的制备及担载方案;采用正交实验法,筛选、制备了一种铁、钙、钾摩尔比为2:6:4的复合催化剂,将其以10wt%的担载量担载在石墨上,用于催化石墨的逆Boudouard反应;随后,将燃料装入DC-SOFC中进行电化学性能测试,结果显示:900℃时,电池峰值功率密度从50 mW cm~(-2)增加到170 mW cm~(-2);850℃时,电池的恒电流放电时间从6000 s左右延长至18000 s左右,燃料利用率从2.68%增加到了7.30%,证明了复合催化剂的优越性。随后,提出DC-SOFCs恒电流放电四个阶段的,并通设计实验,对电池放电电流和放电温度进行调控,初步证明了此设想的正确性;以核桃壳及其炭化产物为燃料,证明了此设想对于碳燃料的广泛适用性。
【图文】：

固体氧化物燃料电池工作原理图

DC-SOFCs工作原理图
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O643.36;TM911.4

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本文编号：2655126