固体氧化物直接碳燃料电池新型阳极研究进展

发布时间：2019-09-09 22:09

【摘要】：固体氧化物直接碳燃料电池采用固体氧化物作为电解质,能够将碳燃料的化学能直接转化为电能,具有效率高、燃料适应性广、利于CO2捕集等优点,在能源与环境问题日益突出的现实条件下展现出广阔的应用前景。固体氧化物直接碳燃料电池中的关键问题在于研发合适的碳燃料转化阳极,以满足反应催化、物质输运以及杂质耐受等要求。本文系统地总结并分析了多孔固体阳极、熔融碳酸盐阳极和液态金属阳极三类直接燃料电池阳极的结构特性、工作原理、材料特性等,特别关注了以液态金属作为阳极的直接碳燃料电池,分析了该类电极的优势,探讨了未来固体氧化物直接碳燃料电池阳极的发展方向。
【图文】：

夏岩岳┥⒅裂艏鄟诓?[3],燃料与阳极接触困难,造成直接碳燃料电池性能远低于气体燃料电池的性能,因此,改进阳极结构进而改善电池性能成为SO-DCFC研究领域的焦点。对此,国内外研究者提出了不同的SO-DCFC阳极解决方案。本文重点论述了近年来燃料电池界对改善阳极与碳燃料接触状态方面开展的研究,介绍了三种主要研究的固体氧化物直接碳燃料电池阳极(多孔固体阳极、熔融碳酸盐阳极和液态金属阳极)的发展现状。1多孔固体阳极多孔固体电极SO-DCFC一般沿用气态燃料的固体氧化物燃料电池阳极[7-8],电极的工作原理如图1[8]所示。在电池工作过程中,阳极区域内主要存在两条碳燃料转化路径:1)碳的直接电化学转化路径,即碳在阳极三相界面处直接氧化,向外电路释放电子,如方程(1)所示[9-10];2)碳的气化转化路径,即以CO2作为阳极气化剂为例,固体碳燃料与CO2反应生成CO,CO再参与进一步的电化学反应产生电能[6,8],如方程(2)和(3)所示。从以气体为燃料到以固体碳为燃料,这种“由气到固”的改变对固体氧化物燃料电池的阳极提出了新的要求:优化阳极结构设计和给料方式,改善碳燃料与电极的接触状态;合理选择催化剂,加快碳燃料转化速率。22C2OCO4e(1)2CCO2CO(2)22COOCO2e(3)为了研究固体碳燃料与阳极直接接触时的反应情况,Ihara等[9-10]采用CH4在电池阳极裂解积炭的方式为SO-DCFC供给燃料,此时碳燃料存在于整个阳极孔隙之中,与多孔固体阳极充分接触。他们图1多孔固体阳极SO-DCFC工作原理示意图[8]Fig.1WorkingprincipleofporoussolidanodeSO-DCFC[8]分析指出,在此种工况下,阳极区以碳燃料的直接电化学转化为主。当采用一般给料方式,以碳颗粒作为燃料时,由于碳颗粒直径与多孔阳极孔隙?

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本文编号：2533873