陽(yáng)極鍍銀SOFC以污泥微波熱解氣為燃料氣產(chǎn)電研究.pdf

1、隨著我國(guó)城市污水處理廠的大量建設(shè)，我國(guó)每日產(chǎn)生的污水污泥量也與日俱增，污水污泥的無(wú)害化、減量化、資源化是我們必須要面臨和解決的問(wèn)題。固體氧化物燃料電池（SOFC, Solid Oxide Fuel Cell）以可燃?xì)庾鳛槿剂蠚?，將燃料氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，能量轉(zhuǎn)換效率高，是一種極具前景的環(huán)保能源技術(shù)。因此，本課題提出了以城市污水污泥微波熱解氣作為燃料氣供給固體氧化物燃料電池產(chǎn)電的構(gòu)想。以污泥微波熱解氣為燃料氣的一大難點(diǎn)在于，污泥微波

2、熱解氣中含有甲烷、乙烷、乙烯等碳?xì)錃?，?huì)在固體氧化物燃料電池陽(yáng)極形成積炭，影響電池工作的穩(wěn)定性，縮短電池的使用壽命。所以，本論文進(jìn)行了固體氧化物燃料電池陽(yáng)極鍍銀的研究，以提高電池的抗積炭能力，使電池能夠適應(yīng)以污泥微波熱解氣為燃料氣穩(wěn)定地產(chǎn)電，從而達(dá)到污水污泥資源化利用的目的。
　　分別研究了電鍍法、微波法和化學(xué)鍍銀法在固體氧化物燃料電池陽(yáng)極鍍銀的效果。結(jié)果表明，電鍍法在電池陽(yáng)極鍍銀的效果一般；微波法鍍銀效果不穩(wěn)定，重現(xiàn)性差；化學(xué)鍍

3、銀法的銀顆粒數(shù)量多，粒徑大，且重現(xiàn)性好。綜合鍍銀效果、重現(xiàn)性、能耗和硝酸銀用量等多方面因素考慮，最終選擇鍍銀效果好、能耗低、用銀量小、方法比較簡(jiǎn)單的化學(xué)鍍銀法作為電池陽(yáng)極鍍銀的方法。然后確定了化學(xué)鍍銀法鍍銀的最佳溫度24℃，并選擇了比較有代表性的化學(xué)鍍銀1 min、5 min和10 min電池進(jìn)行陽(yáng)極鍍銀后的性能測(cè)試和表征。
　　掃描電鏡和能譜分析的結(jié)果表明，化學(xué)鍍銀法已成功將銀沉積在電池陽(yáng)極，陽(yáng)極表面的鍍銀量和銀顆粒粒徑都隨著鍍

4、銀時(shí)間的增加而增加?；瘜W(xué)鍍銀1 min、5 min和10 min電池陽(yáng)極表面銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.43％、10.93%和23.16%。
　　考察了以氫氣為燃料氣時(shí)燃料氣流量和溫度對(duì)電池放電性能的影響。結(jié)果表明，從25 mL·min-1至100 mL·min-1，隨著燃料氣流量的增加，電池的放電性能提升，但燃料氣流量在50 mL·min-1時(shí)，電池對(duì)燃料氣的利用率已經(jīng)基本接近飽和，再增大燃料氣流量，對(duì)電池放電性能的提升作用并不明顯；

5、從650℃至750℃，隨著溫度的升高，電池的放電性能顯著提升。相比于燃料氣流量，溫度對(duì)電池放電性能的影響更大。最終確定了電池的工作條件：溫度750℃，燃料氣流量50 mL·min-1。
　　以未鍍銀電池作為空白電池，分別以氫氣、甲烷、乙烷和污泥微波熱解氣的模擬氣（由污泥微波熱解氣中的H2、N2、CO、CH4、CO2、C2H6、C2H4等主要組分組成）為燃料氣，對(duì)空白電池和化學(xué)鍍銀1 min、5 min、10 min電池進(jìn)行性能測(cè)試

6、和表征。結(jié)果表明，陽(yáng)極鍍銀后，電池的放電性能提高，阻抗減小，陽(yáng)極表面積炭量減少。以甲烷、乙烷為燃料氣恒流運(yùn)行時(shí)，陽(yáng)極鍍銀電池輸出電壓比空白電池穩(wěn)定，并且恒流后放電性能的衰減程度比空白電池小。
　　在化學(xué)鍍銀1min、5 min和10 min電池中，鍍銀時(shí)間越長(zhǎng)、銀量越多的電池，放電性能和抗積炭能力越好。所以，最終選擇對(duì)空白電池和化學(xué)鍍銀10 min電池通入污泥微波熱解氣為燃料氣，進(jìn)行電池的性能測(cè)試和表征。結(jié)果顯示，空白電池在恒流3