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考虑可逆固体氧化物电池的可再生能源电力系统规划 被引量:1
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作者 李欣 程常剑 +3 位作者 李新宇 赵伟杰 李阳 郭攀锋 《电力系统及其自动化学报》 北大核心 2025年第2期131-140,共10页
为应对可再生能源的可变性和不确定性给传统电力系统规划和调度带来的巨大挑战,提出考虑可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)的可再生能源电力系统规划模型。首先,构建RSOC和含热储的热电联产耦合模型,将该模型引入... 为应对可再生能源的可变性和不确定性给传统电力系统规划和调度带来的巨大挑战,提出考虑可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)的可再生能源电力系统规划模型。首先,构建RSOC和含热储的热电联产耦合模型,将该模型引入到以风力光伏为主要机组的可再生能源电力系统;其次,以年总成本最低为目标函数构建两阶段规划模型,对可再生能源电力系统进行优化;最后,以西北部某商业园区为例进行算例分析。仿真结果表明,所提模型具有更好的灵活性和经济性,并且能实现可再生能源的高效利用。 展开更多
关键词 可再生能源 可逆固体氧化物电池 热电联产 两阶段规划
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质子传导型固体氧化物燃料电池缺位型PrBaCo_(2)O_(5+δ)阴极材料的制备及性能研究
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作者 刘志军 王保瑞 +3 位作者 刘铭蕙 李志义 刘凤霞 魏炜 《现代化工》 北大核心 2025年第S2期398-403,共6页
通过阴极材料设计优化氧还原反应(ORR)动力学迟缓特性,从而提升质子传导型固体氧化物燃料电池(H^(+)-SOFC)在中低温下的性能。采用溶胶-凝胶法制备了A位Pr^(3+)缺位型Pr_(0.95)BaCo_(2)O_(5+δ)钙钛矿阴极材料,利用共压法制备了阳极支... 通过阴极材料设计优化氧还原反应(ORR)动力学迟缓特性,从而提升质子传导型固体氧化物燃料电池(H^(+)-SOFC)在中低温下的性能。采用溶胶-凝胶法制备了A位Pr^(3+)缺位型Pr_(0.95)BaCo_(2)O_(5+δ)钙钛矿阴极材料,利用共压法制备了阳极支撑型固体氧化物燃料电池。实验表明,相比于传统的PrBaCo_(2)O_(5+δ),A位Pr~(3+)缺位制备的Pr_(0.95)BaCo_(2)O_(5+δ)晶胞体积收缩,能有效提升氧空位浓度,提高Co~(4+)的比例,显著增加了ORR活性。微观结构表征结果显示,由此材料构建的单电池各层结构结合更加紧密,材料颗粒内部及晶界处均呈均匀分布,未出现明显元素聚集。在750℃下,单电池峰值功率密度达到625 mW/cm^(2),较以传统PrBaCo_(2)O_(5+δ)构建的单电池性能提升35%,极化阻抗低至0.037Ω·cm^(2)。研究结果揭示了缺陷工程能有效改善现有H^(+)-SOFC在中低温下工作性能低的缺点,为开发高效稳定的阴极材料提供了新思路。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 阴极材料 电化学性能 氧空位 极化阻抗
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燃料辅助电解在固体氧化物电解池中的研究进展
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作者 郑国柱 张广君 +4 位作者 王健成 吴英豪 庄子辰 陈婷 王绍荣 《燃料化学学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期183-197,共15页
固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)在CO_(2)转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而,较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池(fuel-assisted solid oxide electrolysis ... 固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)在CO_(2)转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而,较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池(fuel-assisted solid oxide electrolysis cell,FASOEC)可以将在固体氧化物电解池中生成的氧气与燃料反应,将燃料的化学能提供给电解反应,从而极大地降低电解池的电能消耗。另外,FA-SOEC可以利用碳氢燃料的部分氧化反应(POM)和氧化偶联反应(OCM)产生合成气及多碳烯烃等。因此,这种新颖的电解模式展现出极高的经济价值和巨大的应用潜力。本工作介绍了近年来FA-SOEC的研究进展,总结了使用不同辅助燃料的FA-SOEC工作原理、FA-SOEC与SOEC的热力学和动力学对比、FA-SOEC的数值模型研究及燃料辅助电极材料的研究进展,总结了其面临的关键问题与挑战,并对未来的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 燃料辅助固体氧化物电解池 固体氧化物电解池 辅助燃料 数值模拟 电极材料
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考虑可逆固体氧化物电池的虚拟电厂分布鲁棒优化运行
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作者 王秋杰 冷子豪 +3 位作者 谭洪 翁汉琍 李振兴 陈涛 《电力自动化设备》 北大核心 2025年第3期8-15,共8页
电-氢混合储能是建设新型电力系统的有效途径,传统电-氢转化方向单一,且未对电-氢转换中的热损失过程进行精确建模。为此,提出一种考虑可逆固体氧化物电池(RSOC)的虚拟电厂(VPP)分布鲁棒优化运行方法。根据Butler-Volmer方程和法拉第定... 电-氢混合储能是建设新型电力系统的有效途径,传统电-氢转化方向单一,且未对电-氢转换中的热损失过程进行精确建模。为此,提出一种考虑可逆固体氧化物电池(RSOC)的虚拟电厂(VPP)分布鲁棒优化运行方法。根据Butler-Volmer方程和法拉第定律,分析H2流量与RSOC电功率之间的关系,建立RSOC的2种工作模式的等效物理模型;以VPP运行总成本最小化为目标函数,采用条件风险价值(CVaR)衡量VPP运行的尾部风险,建立基于CVaR的VPP优化运行模型;通过Kullback-Leibler散度量化分布函数与参考分布之间的距离,建立风电出力和负荷波动的分布函数集合。通过算例仿真验证所提模型的经济性和有效性。 展开更多
关键词 虚拟电厂 电-氢转换 可逆固体氧化物电池 条件风险价值 分布鲁棒优化
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固体氧化物燃料电池电解质材料La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)的制备与性能研究
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作者 杨春利 晁泽莹 +1 位作者 刘璐 余文瑞 《功能材料》 北大核心 2025年第2期2084-2090,共7页
采用溶胶-凝胶法制备了质子导体固体氧化物燃料电池电解质材料La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)。Sr^(2+)掺杂后材料仍为萤石结构,且掺杂提高了材料的氧空位含量。Sr^(2+)掺杂有效降低孔隙率,提高La_(2)Ce_(2)O_(7)质子导体陶瓷样品的... 采用溶胶-凝胶法制备了质子导体固体氧化物燃料电池电解质材料La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)。Sr^(2+)掺杂后材料仍为萤石结构,且掺杂提高了材料的氧空位含量。Sr^(2+)掺杂有效降低孔隙率,提高La_(2)Ce_(2)O_(7)质子导体陶瓷样品的致密性。在湿润氢气气氛中,700℃时,La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)的电导率可达到1.2×10^(-2)S·cm^(-1)。制备了不同阴极的燃料电池,与La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)-La_(0.9)Sr_(0.1)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)相比,Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-δ)作为阴极时,各部分电阻整体降低,性能得到了提升,其单电池的峰值功率密度在700℃时可达到207 mW·cm^(-2),开路电压为0.813 V。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 质子导体 电解质 锶掺杂
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固体氧化物燃料电池与电解池中的甲烷氧化偶联研究进展
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作者 李春松 《石油化工》 北大核心 2025年第1期107-115,共9页
近年来,相比于传统制烯烃工艺的经济性与环保性,甲烷氧化偶联(OCM)制乙烯成为研究的热点,然而产物选择性偏低及甲烷与氧气混合的安全风险限制了它的商业应用。固体氧化物燃料电池及电解池因易于电化学调控且具备氧离子膜结构可以解决这... 近年来,相比于传统制烯烃工艺的经济性与环保性,甲烷氧化偶联(OCM)制乙烯成为研究的热点,然而产物选择性偏低及甲烷与氧气混合的安全风险限制了它的商业应用。固体氧化物燃料电池及电解池因易于电化学调控且具备氧离子膜结构可以解决这两项难题,并可耦合发电或者电解水和二氧化碳带来额外的商业价值。综述了利用固体氧化物燃料电池及电解池进行OCM反应的研究进展,重点分析了不同类型催化剂的优缺点,并讨论了电化学OCM的反应机理。未来需要进一步开发具备甲烷活化能力的离子电子混合导体材料作为催化剂,并辅以高温原位的检测技术与结合模拟计算来探究反应过程。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 固体氧化物电解池 甲烷氧化偶联
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甲烷/甲醇固体氧化物燃料电池输出电特性与内部多物理场分布模拟研究 被引量:2
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作者 李博涵 刘畅 +2 位作者 王朝阳 刘明 严俊杰 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第3期9-20,共12页
为揭示固体氧化物燃料电池(SOFC)在不同种类燃料供应时电池内部多物理场之间的相互作用规律,建立并验证了多场耦合的三维平板式SOFC单电池模型,对比研究了以氢气、甲烷、甲醇为燃料的SOFC稳态性能差异,获得了电池内部温度场、浓度场分... 为揭示固体氧化物燃料电池(SOFC)在不同种类燃料供应时电池内部多物理场之间的相互作用规律,建立并验证了多场耦合的三维平板式SOFC单电池模型,对比研究了以氢气、甲烷、甲醇为燃料的SOFC稳态性能差异,获得了电池内部温度场、浓度场分布特性和碳氢燃料在电池中的积碳特性。研究结果表明:甲烷燃料的预重整能够有效提高电池放电能力,预重整度提高20%,电池最大输出功率提高8%。与甲烷相比,甲醇燃料的预重整对电池输出功率影响较小。采用甲烷燃料能够降低电池因温度梯度过大而损坏的风险,电池阳极-气体流道交界面的最大温度梯度为10 K/cm,相比于以氢气作为燃料时的22 K/cm有明显的下降。研究获得了不同电压下电池内部的积碳速率分布特性,运行电压U降低会增大电池内部的积碳速率,U=0.5 V时甲烷燃料的积碳速率约为U=0.9 V时积碳速率的2倍以上。相比于甲烷作为燃料,选取甲醇作为SOFC电池的燃料时,电池内部具有更低的积碳风险。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 甲烷 甲醇 积碳
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考虑多物理场耦合特性的固体氧化物燃料电池瞬态特性研究 被引量:1
8
作者 齐珂 王迪 +3 位作者 谢喆 陈东升 周云龙 孙灵芳 《化工学报》 北大核心 2025年第3期1264-1274,共11页
为了解决化石能源枯竭和环境污染的问题,固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)作为能量高效转换设备得到了快速发展。采用COMSOL软件建立平板式SOFC多物理场耦合模型,综合考虑电、热、流动和传质多物理场的相互作用,研究SOF... 为了解决化石能源枯竭和环境污染的问题,固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)作为能量高效转换设备得到了快速发展。采用COMSOL软件建立平板式SOFC多物理场耦合模型,综合考虑电、热、流动和传质多物理场的相互作用,研究SOFC在输出电压、空气流速和燃料流速变化条件下的局部瞬态响应特性。结果表明,在输出电压为0.5、0.6和0.8 V时,燃料流速突降为0,功率密度变化幅度分别为-67%、-60%和-56%;电池功能层平均温度变化幅度和趋势呈现显著差异;燃料流速对于电池性能的影响明显大于空气流速变化;由于电池中电化学反应的直接参与和电极表面的快速反应,导致输出电压变化时,功率密度的响应速度最快。本研究为SOFC的优化设计提供了重要的理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 COMSOL 瞬态响应 动态仿真 传热
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OBE-CDIO理念下可逆固体氧化物电池智能管控实训项目教学设计 被引量:1
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作者 吴肖龙 胡建功 +3 位作者 曹晔 万晓凤 曾明如 李曦 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第1期196-201,208,共7页
采用成果导向教育(OBE)和构思、设计、实现和运作(CDIO)理念,通过能力导向反向驱动思路设计教学项目,构建了面向自动化本科专业学生的毕业能力分解模型。提出了可逆固体氧化物电池(RSOC)智能管控实训项目的教学过程框架,采用“实物联想... 采用成果导向教育(OBE)和构思、设计、实现和运作(CDIO)理念,通过能力导向反向驱动思路设计教学项目,构建了面向自动化本科专业学生的毕业能力分解模型。提出了可逆固体氧化物电池(RSOC)智能管控实训项目的教学过程框架,采用“实物联想”和“半实物仿真”方法设计了从系统设计到仿真实施的全闭环实训内容,包括教学目标、内容、方法和评估体系。开发了全闭环实训项目;制定了多维度的教学效果评估方法。结果表明:结合OBE和CDIO理念所设计的实训项目有助于全方位培养学生的综合实践能力和创新思维;采用的教学方法有助提升实训教学效果。 展开更多
关键词 可逆固体氧化物电池 智能管控 实训教学 成果导向教育
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甲烷混合燃料气内重整反应对平板式固体氧化物燃料电池性能影响 被引量:1
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作者 宋明 仝佳佳 +3 位作者 蒋文春 钮瑞艳 胡佳旺 陈子豪 《太阳能学报》 北大核心 2025年第1期373-382,共10页
为研究经过预重整的含甲烷混合燃料气中甲烷浓度及内部重整对平板式固体氧化物燃料电池电化学性能和热机械性能的影响,建立甲烷内重整平板式固体氧化物燃料电池模型,并对多孔材料的弹性模量及泊松比进行修正,对比3种不同甲烷浓度条件下... 为研究经过预重整的含甲烷混合燃料气中甲烷浓度及内部重整对平板式固体氧化物燃料电池电化学性能和热机械性能的影响,建立甲烷内重整平板式固体氧化物燃料电池模型,并对多孔材料的弹性模量及泊松比进行修正,对比3种不同甲烷浓度条件下电池的综合性能。结果表明:在电化学性能方面,随着混合燃料气中甲烷浓度的增大,电池电流密度和功率密度逐渐增大,流道中甲烷的摩尔浓度沿燃料流动方向逐渐减小,氢气浓度沿流动方向呈先增大后减小的趋势,氢气的最大浓度逐渐远离燃料入口;热机械性能方面,随着混合燃料气中甲烷浓度的增大,位于金属连接体上的电池最大第一主应力和位于燃料出口的电池最大温度逐渐降低。适当提高混合燃料气中甲烷的浓度有利于平板式固体氧化物燃料电池的综合性能优化。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 重整反应 多物理场 电化学性能 热机械性能
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甲醇重整固体氧化物燃料电池热电联产系统热力学分析与优化设计 被引量:1
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作者 李青山 郝勇生 +2 位作者 翁方龙 韩敏芳 孙立 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第2期502-512,I0009,共12页
甲醇燃料因其来源广泛、易于储运的特点,在固体氧化物燃料电池的船舶应用方面具有较大的潜力。该文提出面向船舶平台的甲醇燃料固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)热电联产系统,基于甲醇重整反应动力学建立重整反应器模型... 甲醇燃料因其来源广泛、易于储运的特点,在固体氧化物燃料电池的船舶应用方面具有较大的潜力。该文提出面向船舶平台的甲醇燃料固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)热电联产系统,基于甲醇重整反应动力学建立重整反应器模型,通过Aspen Custom Model软件建立SOFC机理模型。针对甲醇重整过程水醇比及反应器温度、SOFC工作过程燃料利用率及工作温度双参数共同作用的影响进行详细分析。结果表明,甲醇重整过程最佳水醇比为1.3/1,最佳反应出口温度为280℃;SOFC最佳工作温度和燃料利用率分别为760℃和0.65;系统能量损失和(火用)损失随SOFC电功率增加而增加;SOFC电功率为50 kW时,SOFC电效率、系统能量效率和(火用)效率分别为59%、89%和41%。所提出的热电联产系统可实现高效热电供应,为SOFC船舶平台应用提供一定建议。 展开更多
关键词 甲醇蒸汽重整 固体氧化物燃料电池 低温催化燃烧 热力学性能
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耦合余热回收的固体氧化物电解槽影响机理及[火用]分析
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作者 王洋 杨雁 +3 位作者 张伟 王红涛 张莉 曹军 《石油学报(石油加工)》 北大核心 2025年第1期156-165,共10页
固体氧化物电解槽(SOEC)技术是一种电解高温蒸汽制氢的电化学技术,其性能受多个操作参数影响,需在合理的操作条件下运行电堆以保证高效产氢。利用Matlab Simulink模块建立了基于电化学理论的SOEC电堆模型并进行参数分析,研究了电堆温度... 固体氧化物电解槽(SOEC)技术是一种电解高温蒸汽制氢的电化学技术,其性能受多个操作参数影响,需在合理的操作条件下运行电堆以保证高效产氢。利用Matlab Simulink模块建立了基于电化学理论的SOEC电堆模型并进行参数分析,研究了电堆温度、电流密度和蒸汽浓度对SOEC特性的影响。结果表明:随温度升高总电压和过电位减小,反应所需的总能耗略微增加,但对电能需求降低;电流密度增大导致过电位和电池电压增加;提高阴极蒸汽浓度可改善电堆制氢效率。当操作温度1173K、电流密度6000A/m^(2)和蒸汽体积分数90%时,电堆效率可达97%。以该工况为制氢流程模拟的初始条件,编写m文件建立了包括系统平衡组件和电气设备的热力学模型,便于对制氢系统整体效率进行分析。系统中工业废热为SOEC电解反应提供热能,对各废热回收设备进行夹点温差分析验证了换热布局有效性。[火用]分析结果表明,系统[火用]破坏最大的为蒸汽发生器,其次为电堆,系统[火用]效率可达73.9%。 展开更多
关键词 固体氧化物电解槽 余热回收 制氢系统 夹点温差 [火用]分析
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固体氧化物电解池运行特性影响因素分析
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作者 严丽红 王洋 +4 位作者 杨雁 张伟 王红涛 张莉 曹军 《化学工程》 北大核心 2025年第6期7-13,共7页
SOEC(固体氧化物电解池)是一种电解高温蒸汽制氢的电化学技术。由于SOEC性能受运行温度、电流密度等操作参数复合影响,故需综合选择出较优的多参数条件运行以保证高效产氢。文中利用Matlab Simulink模块建立基于电化学理论的SOEC模型并... SOEC(固体氧化物电解池)是一种电解高温蒸汽制氢的电化学技术。由于SOEC性能受运行温度、电流密度等操作参数复合影响,故需综合选择出较优的多参数条件运行以保证高效产氢。文中利用Matlab Simulink模块建立基于电化学理论的SOEC模型并进行参数分析,研究温度、压力、电流密度和蒸汽摩尔分数对SOEC运行特性的影响。结果表明:较高的温度能够降低极化损失和电池电压,电流密度升高能够提高蒸汽利用系数但也会造成极化损失增加,提高阴极蒸汽摩尔分数可改善电解池制氢效率,而压力对电解池的特性影响不明显。最后综合考虑利用系数和能效筛选出较优组合参数为温度1273 K、压力506.625 kPa、电流密度3500 A/m^(2)、蒸汽摩尔分数90%,此时SOEC总效率和电效率可分别达到92%和147%。 展开更多
关键词 固体氧化物电解池 操作参数 运行特性 制氢效率
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固体氧化物燃料电池用Ti_(3)SiC_(2)/SUS430复合双极板材料直接扩散焊接连接性能
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作者 韦守李 徐斌 +7 位作者 时婧 孙明月 程强 赵经香 常修亮 戴作强 李希超 郑莉莉 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期62-67,共6页
本研究提出将一种Ti_(3)SiC_(2)/SUS430复合双极板材料的金属放置于阳极一侧,陶瓷放置于阴极一侧,从而避免“阴极毒化”现象。研究利用Gleeble 3500热模拟试验机在850~1150℃下对SUS430和Ti_(3)SiC_(2)进行直接扩散焊接,通过观察接头界... 本研究提出将一种Ti_(3)SiC_(2)/SUS430复合双极板材料的金属放置于阳极一侧,陶瓷放置于阴极一侧,从而避免“阴极毒化”现象。研究利用Gleeble 3500热模拟试验机在850~1150℃下对SUS430和Ti_(3)SiC_(2)进行直接扩散焊接,通过观察接头界面的微观形貌,研究了焊接温度对接头结构和组织的影响。研究结果表明,当焊接温度低于950℃时,基体元素并未发现明显的互扩散,难以获得可靠接头;当焊接温度为1050℃时,SUS430与Ti_(3)SiC_(2)陶瓷界面之间已经实现了紧密贴合,呈现出不连续的锯齿状;当焊接温度高于1150℃时,Si挥发向SUS430基体扩散,使得Ti_(3)SiC_(2)产生拓扑分解,同时Fe、Cr向Ti_(3)SiC_(2)基体扩散,界面处产生了反应层,两种材料基本实现了有效连接。由于两种材料的热膨胀性能不匹配,会出现焊接裂缝,可考虑添加中间层进行扩散焊接,以获得结合更紧密的复合双极板材料。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 Ti_(3)SiC_(2) SUS430 扩散焊接 界面反应
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氨固体氧化物燃料电池研究进展
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作者 陈江萍 林倩 +4 位作者 章昊宇 林立 方辉煌 罗宇 江莉龙 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第19期7655-7669,I0041,共16页
以氨为燃料的固体氧化物燃料电池(Ammonia-fueled solid oxide fuel cells,NH_(3)-SOFCs)因安全高效及无碳运行等优点,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景。近年来,NH_(3)-SOFCs有显著研究进展,但由于阳极/阴极反应... 以氨为燃料的固体氧化物燃料电池(Ammonia-fueled solid oxide fuel cells,NH_(3)-SOFCs)因安全高效及无碳运行等优点,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景。近年来,NH_(3)-SOFCs有显著研究进展,但由于阳极/阴极反应的复杂性、结构的多样性和催化材料的可选性等关键科学问题尚不清晰,仍有待进一步研究。该文从电池结构、工作原理、阴阳极催化反应作用机制、阳极/阴极/电解质材料和电池/电堆的等方面梳理质子/氧离子传导型NH_(3)-SOFCs的研究进展,并对燃料电池/电堆不同组成结构类型进行介绍和进展分析,对与燃料电池发电系统等领域提出建议与展望。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 氢能 催化反应机理 电极材料
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燃料利用率和再循环比对可逆固体氧化物电池系统性能的影响分析
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作者 于诗魁 王丽霞 +2 位作者 李承周 张雨檬 王利刚 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第17期6854-6862,I0020,共10页
固体氧化物电池可在燃料电池发电模式和电解制氢模式间切换,实现电能与化学能之间高效转化的同时大幅提高装备利用率,因此应用推广潜力大。该文建立再循环可逆固体氧化物电池发电/制氢双模式系统仿真模型,从效率、电压和流量等参数的角... 固体氧化物电池可在燃料电池发电模式和电解制氢模式间切换,实现电能与化学能之间高效转化的同时大幅提高装备利用率,因此应用推广潜力大。该文建立再循环可逆固体氧化物电池发电/制氢双模式系统仿真模型,从效率、电压和流量等参数的角度解析燃料利用率与再循环比对可逆系统性能的影响机制。结果表明,发电模式下,提高燃料利用率可提高电堆输出功率,增大再循环比可通过减少燃料流量降低系统能耗,二者协同作用下系统效率最高可达52.07%;制氢模式下,提高燃料利用率可降低电堆制氢耗功,但增大再循环比使得电加热耗功减少的同时制氢耗功增大,二者共同作用下系统效率最高可达79.62%。 展开更多
关键词 可逆固体氧化物电池 燃料利用率 再循环 性能分析 余热利用
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固体氧化物燃料电池支撑体研究进展
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作者 王亚丽 李晓艳 +6 位作者 孙航宇 付云枫 刘召波 杜国山 刘君 陈宋璇 胡蒙蒙 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第7期2590-2601,共12页
固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接将燃料的化学能转换为电能,具有环保无污染、发电效率高、燃料适应性广等独特优势,被认为是高效的绿色燃料电池技术。支撑体作为SOFC的核心组成部件,对于电池的机械强度、组装工艺和电化学性能起着至... 固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接将燃料的化学能转换为电能,具有环保无污染、发电效率高、燃料适应性广等独特优势,被认为是高效的绿色燃料电池技术。支撑体作为SOFC的核心组成部件,对于电池的机械强度、组装工艺和电化学性能起着至关重要的作用。本文通过对近期相关文献的探讨,按照支撑体的主体结构分类,主要介绍了电解质支撑体、电极支撑体(阳极支撑体和阴极支撑体)和金属支撑体的材料组成、作用特点及制备方法,重点综述了不同结构的支撑体的研究现状,详细分析了影响支撑体材料选择和电池性能的关键因素。结合已有的研究报道,明确指出了提高电解质支撑体的强度和减薄电解质支撑体的厚度、稳定阳极支撑体的结构和抑制阳极支撑体的积碳、降低阴极支撑体的浓差极化、增加金属支撑体的抗氧化性和改善金属支撑体的适配性、同步开发与各支撑体结构相匹配的SOFC关键材料是当前及未来的研究重点,也是实现SOFC低温化、低成本和长期稳定运行的关键。本文为SOFC的进一步发展提供了借鉴和参考。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池(SOFC) 支撑体结构 电池性能
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基于液态金属阳极的固体氧化物燃料电池碳基燃料转化与利用
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作者 谷鑫 蒋一东 +1 位作者 史翊翔 蔡宁生 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期1-15,共15页
固体氧化物燃料电池(SOFC)因其高发电效率、高燃料适应性、低排放优势备受关注。然而,现有SOFC采用固态阳极,直接供给碳或碳氢化合物等复杂燃料将导致电极内燃料输运困难、结焦、积碳、毒化等问题,一直是研究人员持续攻关的重要挑战。... 固体氧化物燃料电池(SOFC)因其高发电效率、高燃料适应性、低排放优势备受关注。然而,现有SOFC采用固态阳极,直接供给碳或碳氢化合物等复杂燃料将导致电极内燃料输运困难、结焦、积碳、毒化等问题,一直是研究人员持续攻关的重要挑战。液态金属阳极是一类新型SOFC阳极,因其液态自修复属性而具有抗结焦积碳等特性,可实现碳与碳氢化合物燃料的快速稳定转化。首先对液态金属阳极的运行原理进行了简要介绍,并针对现有的几类常见液态金属电极的反应特性进行了总结,其中在SOFC常规运行温度(700~800℃)下,液态锑阳极对应的金属氧化物为液态,可以通过密度作用下的自然对流实现电极内部氧的高效输运,具有良好的反应特性,是目前转化各类碳基燃料最具潜力的液态金属电极。因此,重点归纳了固态碳燃料与各类碳氢燃料在液态锑阳极中的转化机制,并对液态金属阳极的催化作用与杂质耐受特性分别进行了综述。最后,面向液态金属阳极中金属-金属氧化物自循环造成的理论效率损失,通过热力学计算提出了一种基于液态金属阳极的自热重整策略,在此基础上将液态金属阳极SOFC作为一种气电联产的“电化学重整器”,并将反应生成的H_(2)、CO等简单气体小分子通入下游传统SOFC中,实现能量的梯级利用,有望发展一种燃料适应性广、能量效率高的综合性发电技术。 展开更多
关键词 液态金属阳极 固体氧化物燃料电池 碳氢燃料 能量效率
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可逆固体氧化物电池电-氢双向瞬态转换特性及电流超调机制
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作者 冀承泽 宗正 +3 位作者 戈阳阳 张潇桐 吴锴 周峻 《高电压技术》 北大核心 2025年第5期2200-2209,共10页
可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)兼具发电与电解产氢能力,发电-电解模式切换过程中出现的电流密度超调对RSOC的寿命与能源转换效率有不利影响,然而针对RSOC模式切换瞬态特性及电流超调相关的研究较少。因此在建立... 可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)兼具发电与电解产氢能力,发电-电解模式切换过程中出现的电流密度超调对RSOC的寿命与能源转换效率有不利影响,然而针对RSOC模式切换瞬态特性及电流超调相关的研究较少。因此在建立RSOC多物理场耦合模型的基础上深入分析了RSOC模式切换过程中的超调现象,研究发现提升燃料通道入口H2O的摩尔分数会降低燃料电池(fuel cell,FC)模式切换到电解池(electrolysis cell,EC)模式的电流密度超调量,而增加EC到FC过程的超调量;此外,研究发现改变不同模式切换方式,引起的电流超调量与电压变化量并不完全呈正相关。为未来RSOC设备在电氢耦合能源系统中的可靠运行提供了理论基础。 展开更多
关键词 可逆固体氧化物电池 电流密度 超调 模式切换 过电压 电压变化量
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基于电池代理模型的固体氧化物燃料电池堆高效数值模型研究
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作者 廖家伟 揭豪 +1 位作者 许超轶 洪伟荣 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第9期3493-3503,I0018,共12页
数值仿真技术在固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)发展过程中至关重要,有助于探究内部物理参数分布和电化学特性,保证SOFC可靠运行,加快结构迭代优化。SOFC电堆是一个耦合多物理场、结构高度复杂的研究对象,其高昂的计算... 数值仿真技术在固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)发展过程中至关重要,有助于探究内部物理参数分布和电化学特性,保证SOFC可靠运行,加快结构迭代优化。SOFC电堆是一个耦合多物理场、结构高度复杂的研究对象,其高昂的计算成本阻碍了大规模电堆的仿真优化。基于代理模型技术,该文提出在三维电堆模型中内置电池代理模型的联合仿真方法,采用数据驱动的代理模型替代电池尺度部分物理过程,实现计算域上代数方程对偏微分方程的替换,从而提高电堆数值模拟效率。仿真结果表明,简化模型可预测堆内状态参数不一致分布,与原模型保持了较高的一致性,预测结果可靠。基于简化模型的电堆数值仿真可降低模型自由度,减少计算内存,提高35%的计算效率,并可实现更大规模电堆的数值计算。可知,简化建模思路及仿真模型对SOFC规模化仿真以及性能分析具有实用价值,对电堆规模放大设计有指导意义。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池堆 数值模拟 规模放大 数据驱动 Kriging代理模型
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