多烴類燃料單氣室燃料電池及余熱利用系統(tǒng)研究.pdf

1、單氣室固體氧化物燃料電池（Single Chamber Solid Oxide Fuel Cell,簡稱SC-SOFC）是一種只有一個(gè)氣室的新型燃料電池。區(qū)別于傳統(tǒng)的雙氣室燃料電池，它在混合氣氛中運(yùn)行，靠不同電極的選擇催化作用產(chǎn)生電壓。具有無需密封、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行溫度低和電池堆的組合方式多樣等優(yōu)點(diǎn)。以往的SC-SOFC研究主要采用甲烷作為燃料，因?yàn)榧淄槭墙Y(jié)構(gòu)最簡單的碳?xì)淙剂?，電池的?nèi)部反應(yīng)比較容易處理。本文在此研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考察采用多

2、烴類燃料工作的電池的運(yùn)行特點(diǎn)，包括丙烷和液化石油氣（liquid petroleum gas，簡稱LPG）兩種燃料，并進(jìn)一步探究電池堆高溫運(yùn)行的余熱利用技術(shù)，配合由SC-SOFC組裝的無密封電池堆，組建熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
　　通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)運(yùn)行在不同溫度與反應(yīng)氣體比例下的電池放電性能及阻抗譜進(jìn)行對(duì)比，確定了丙烷與LPG燃料的SC-SOFC的最佳工作氣體比例。在氮?dú)饬髁繛?00sccm，丙烷與LPG的流量為20sccm的情況下

3、，分別是丙烷與氧氣比例為0.3，LPG與氧氣的比例為0.25時(shí)，單電池的性能最好。隨著氧氣含量的增加，電池性能逐漸增強(qiáng)，趨勢與使用甲烷燃料時(shí)相反。
　　由于燃料電池的陽極催化燃料發(fā)生的部分氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，導(dǎo)致SC-SOFC的實(shí)際溫度有高于外部爐溫的現(xiàn)象。對(duì)于采用丙烷和LPG燃料的電池實(shí)際溫度的研究發(fā)現(xiàn)，這種溫度效應(yīng)較使用甲烷燃料更加明顯。同時(shí)，由于電極對(duì)燃料的選擇催化性差，導(dǎo)致 LSM陰極對(duì)燃料的氧化也有一定的催化作用，這有利

4、于電池在中低溫下工作。對(duì)在丙烷和LPG燃料的氣氛下工作的LSM陰極進(jìn)行阻抗譜研究發(fā)現(xiàn)，浸漬SDC的LSM陰極性能較好，在相同環(huán)境中，其極化電阻是未浸漬SDC陰極的1/35。隨氧氣濃度的提高，電池中出現(xiàn)了濃差極化現(xiàn)象，是電池性能受到制約的主要因素。
　　電池短期的穩(wěn)定性測試發(fā)現(xiàn)，多烴類燃料的電池的積碳問題是電池穩(wěn)定性差的主要原因之一。隨著氧氣含量的增加，電池的碳沉積會(huì)有所減輕，相比較而言，LPG燃料的電池積碳比較嚴(yán)重。
　　為