甲烷為燃料SOFC性能研究及陽(yáng)極改性試驗(yàn).pdf

1、固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell，SOFC)是一種高溫操作的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，具有污染少、效率高、不需要貴重金屬催化劑等特點(diǎn)，因此在能源日益緊張的今天受到了格外的重視。但迄今為止，SOFC仍然有許多基礎(chǔ)問(wèn)題尚未妥善解決。 結(jié)合SOFC研究現(xiàn)狀，本文主要研究了以甲烷為燃料的SOFC的電性能和Ni基與Ni基/堿土族金屬氧化物陽(yáng)極材料上CH4和CO2的重整反應(yīng)。本文的主要工作和結(jié)論如下： (1)對(duì)不同

2、條件下CH4為燃料的Ni-YSZ/YSZ/LSM電解質(zhì)支撐SOFC的性能進(jìn)行了測(cè)試?？傮w來(lái)講，SOFC的性能隨著溫度和甲烷壓力的升高而升高。通入稀釋氣體He后，陽(yáng)極的電池性能比常壓下純甲烷為燃料時(shí)有了較大提高，且反應(yīng)機(jī)制由甲烷的部分氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆趸?。電池性能隨載氣He氣濃度的升高，先提高后下降。當(dāng)載氣He濃度為85﹪時(shí)，電池輸出功率最大。與N2相比，使用小分子稀有氣體He作載氣的時(shí)候電池的性能較高 (2)以CO2和CH4為燃料

3、，在Ni-YSZ/YSZ/LSM電解質(zhì)支撐的SOFC上測(cè)試電池性能，利用氣相色譜儀(GC)在線檢測(cè)尾氣成分，結(jié)合陽(yáng)極可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，探究積碳的主要原因。對(duì)不同CO2/CH4進(jìn)料比的情況進(jìn)行了研究：隨著進(jìn)料比的增大，電池的性能逐漸升高，然后又降低。由此推斷出，在進(jìn)料比逐漸增大的過(guò)程中，積碳速率曲線出現(xiàn)了拐點(diǎn)，拐點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的進(jìn)料組成能最大限度的緩解積碳作用，本文最佳進(jìn)料比為CO2/CH4=1.67。對(duì)陽(yáng)極積碳—消碳的研究表明：積碳對(duì)陽(yáng)極催

4、化活性造成的損失是不可逆的，CO2對(duì)積碳有抑制作用，但是不能完全消除CH4裂解產(chǎn)生的積碳。 (3)制備添加不同堿土和稀土族金屬氧化物的電池并測(cè)試其性能，結(jié)果表明：Ni+YSZ電池添加CaO后電性能略有下降，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后表明，CaO在阻止積碳形成和促進(jìn)重整反應(yīng)進(jìn)行方面仍具有一定效果；Ni+CeO2電池運(yùn)行時(shí)電性能最高，具有更好的催化活性和較小的界面阻抗，對(duì)積碳的抑制作用也很好，可以保證電池陽(yáng)極在CH4-CO2系統(tǒng)中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后仍