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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
1
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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考虑可逆固体氧化物电池的虚拟电厂分布鲁棒优化运行
2
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
3
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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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
4
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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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
5
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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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
6
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
7
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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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
8
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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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
9
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 碳氢燃料 能量效率
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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
10
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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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
11
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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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
12
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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固体氧化物燃料电池电解质材料研究进展
13
作者 王亚丽 孙航宇 +4 位作者 李晓艳 李明川 付云枫 杜国山 陈宋璇 《中国有色冶金》 北大核心 2025年第3期36-46,共11页
固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质作为离子传输的重要载体,直接决定着SOFC的运行温度和电化学效率。根据SOFC的运行温度电解质材料分为高温电解质(>850℃)、中温电解质(650~850℃)和低温电解质(<650℃)。氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是... 固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质作为离子传输的重要载体,直接决定着SOFC的运行温度和电化学效率。根据SOFC的运行温度电解质材料分为高温电解质(>850℃)、中温电解质(650~850℃)和低温电解质(<650℃)。氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是高温电解质中应用最多的离子传导型电解质,其氧离子电导率偏低,高温运行条件下电池寿命短;氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)和LaGaO_(3)基电解质都适用于中温SOFC,ScSZ电解质因原材料成本较高限制了其商业化应用,LaGaO_(3)基电解质由多种元素合成制备,容易引入杂质相,进而增大材料内阻;氧化铈基(GeO_(2))材料和具有立方萤石型结构的氧化铋(δ-Bi_(2)O_(3))材料在低温环境中具有稳定的离子电导率,然而,这两种材料在氧化还原气氛下易被还原,从而导致SOFC电池内部短路;BaCeO_(3)基质子传导型电解质的研发尚处于初级阶段,其掺杂改性机理复杂,仍需要进行深入理论分析。未来,降低电解质材料使用温度、稳定电解质材料晶相结构、提高电解质材料离子电导率和降低电解质材料的制备成本是SOFC电解质研究和发展的重要方向。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池(SOFC) 电解质 运行温度 离子电导率 晶相结构 制备成本 薄膜制备
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氢电极支撑可逆固体氧化物电池性能及电化学不对称性优化
14
作者 韩倩雯 朱腾龙 +2 位作者 吕秋秋 俞马宏 钟秦 《物理化学学报》 北大核心 2025年第1期90-96,共7页
Ni-YSZ(镍-氧化钇稳定的氧化锆)氢电极支撑固体氧化物电池(SOC)在可逆运行模式下(R-SOC)普遍存在电化学不对称性现象。本文通过实验研究发现,氢电极扩散阻抗及电解质欧姆阻抗同时是R-SOC性能及不对称性的显著影响因素。研究结果显示,采... Ni-YSZ(镍-氧化钇稳定的氧化锆)氢电极支撑固体氧化物电池(SOC)在可逆运行模式下(R-SOC)普遍存在电化学不对称性现象。本文通过实验研究发现,氢电极扩散阻抗及电解质欧姆阻抗同时是R-SOC性能及不对称性的显著影响因素。研究结果显示,采用大孔氢电极和薄膜隔离层显著提升了R-SOC性能并减小了不对称性,在750℃、50%H_(2)O和0.3 V偏压工况下,单电池的发电及电解电流密度分别达到了0.752和0.635 A∙cm^(−2),电流密度不对称度Δj仅为0.117 A∙cm^(−2)。研究结果对于高性能氢电极支撑SOC单电池的结构设计、制备和可逆运行具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 可逆固体氧化物电池 电化学不对称性 氢电极扩散阻抗 欧姆阻抗 薄膜隔离层
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基于热应力分析的固体氧化物燃料电池结构优化
15
作者 熊星宇 马桂良 +3 位作者 吴云飞 王晓艾 梁考 彭苏萍 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期126-137,共12页
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种高效的发电装置,其通过高温电化学反应直接将燃料中的化学能通过电化学反应转化为电能,具有极高的理论转换效率,但其内部运行温度高(超过700℃)、温差大,各结构组件在运行过程中... 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种高效的发电装置,其通过高温电化学反应直接将燃料中的化学能通过电化学反应转化为电能,具有极高的理论转换效率,但其内部运行温度高(超过700℃)、温差大,各结构组件在运行过程中易产生较大热应力,从而致使其内部微宏观结构发生形变,导致电化学催化反应性能衰退,严重情况下甚至会造成电堆结构损坏。改善电堆内的热应力分布可以提升电堆可靠性,降低结构损坏风险,延长电堆使用寿命。建立了5层平板式电堆的三维多物理场耦合数值模型,在保持阴极有效反应面积相同的情况下,分析了一系列应用不同长宽比单电池时其电堆的热应力变化。结果表明:调整单电池的长宽比对电堆内温度分布及各组件的热应力分布有显著影响,增加单电池长宽比能够改善电堆温度分布,有效降低电堆内热应力,改善堆内应力分布。当长宽比增加到2.8∶1时,与最常见的1∶1正方形单电池相比,电堆的最高温度从1128 K降低至1106 K,最大温差由107 K减小至81 K,除温度分布改善显著,应力分布的幅度可以减小40%以上,电解质内最大主应力由81.5 MPa降至46.8 MPa,阳极、阴极及密封胶内的最大主应力由46.3、31.3、21.1 MPa降低至21.1、11.3、9.7 MPa。因此,合理增大单电池长宽比是降低电堆热应力的有效途径。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池(SOFC) 多物理场仿真 热管理 热应力 长宽比
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直接组装法制备氧化铈基金属支撑固体氧化物燃料电池
16
作者 柴润宇 张镇 +1 位作者 王孟龙 夏长荣 《无机材料学报》 北大核心 2025年第7期765-771,共7页
传统的金属支撑固体氧化物燃料电池(Metal-supported solid oxide fuel cell,MS-SOFC)通常使用氧化钇稳定的氧化锆(Yttria stabilized zirconia,YSZ)作为电解质,工作温度约为800℃。为了使MS-SOFC能够在中低温下工作,本研究选择在低温... 传统的金属支撑固体氧化物燃料电池(Metal-supported solid oxide fuel cell,MS-SOFC)通常使用氧化钇稳定的氧化锆(Yttria stabilized zirconia,YSZ)作为电解质,工作温度约为800℃。为了使MS-SOFC能够在中低温下工作,本研究选择在低温下导电性较高的钆掺杂氧化铈(Gadolinium doped ceria,GDC)作为电解质,以促进MS-SOFC的实际应用。本研究采用流延法制备了薄膜阳极(NiO-GDC)和薄膜电解质(GDC),采用超声喷涂法制备了阴极材料La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)-GDC。将所得电池组装在金属支撑体上,制备了带有GDC薄膜电解质的MS-SOFC,并评价其电化学性能。在650℃时,电池的总阻抗为0.50Ω·cm^(2),其中欧姆阻抗为0.23Ω·cm^(2),极化阻抗为0.27Ω·cm^(2),最大功率密度为336 mW/cm^(2)。此外,电池在550℃、0.5 V恒定电压条件下运行100 h,电流密度没有明显衰减。温等静压与共烧结制备的电解质与阳极结合十分紧密,电池在长期运行后各层之间并未发生分层现象,这种结构稳定性为MS-SOFC的长期运行提供了保障。本研究通过流延-温等静压-直接组装法的工艺路线制备了具有优异电化学性能和长期稳定性的MS-SOFC,为中低温SOFC的工业化生产提供了新方案。 展开更多
关键词 金属支撑固体氧化物燃料电池 流延法 钆掺杂氧化铈
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固体氧化物燃料电池Pr_(1+x)Ba_(1-x)Fe_(2)O_(5+δ)阴极材料的制备及电化学性能研究
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作者 薛柯 蔡长焜 +2 位作者 谢满意 李舒婷 安胜利 《无机材料学报》 北大核心 2025年第4期363-371,I0001-I0004,共13页
PrBaFe_(2)O_(5+δ)(PBF)是中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)技术最有前途的阴极材料之一。虽然,PBF的极化面电阻(ASR)与Co基阴极材料相近,但电子电导率低了一个数量级。针对此问题,目前已报道了各种掺杂优化策略。本研究用过量Pr替换PB... PrBaFe_(2)O_(5+δ)(PBF)是中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)技术最有前途的阴极材料之一。虽然,PBF的极化面电阻(ASR)与Co基阴极材料相近,但电子电导率低了一个数量级。针对此问题,目前已报道了各种掺杂优化策略。本研究用过量Pr替换PBF中的Ba,采用溶胶-凝胶法成功合成了PBF和Pr_(1+x)Ba_(1-x)Fe_(2)O_(5+δ)(PBFx,x=0.01、0.02、0.04)材料,并评价了其作为IT-SOFC阴极的电化学性能。结果表明,x=0.01时,过量Pr进入PBF的晶格间隙;x≥0.02时,过量0.01(摩尔分数)的Pr进入间隙位置,其余过量Pr置换PBF中的Ba。在650~800℃范围内,Pr过量提高了PBF的电导率,其中,PBF0.01的电导率最高,达到109.21 S·cm^(-1),提高了76%,这是由于Pr过量使电子传输路径缩短。而且,Pr过量使阴极产生的晶格应变和晶格位错密度降低了氧还原反应(ORR)活性,导致ASR略微增加。最终,本研究制备的Ni-SDC|SDC|PBF_(0.01)(SDC:Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ))单电池的峰值功率密度比PBF器件提高了49%,表明Pr过量可以显著提升阴极材料的电化学性能。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 PrBaFe_(2)O_(5+δ) 阴极 电化学性能
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Ce掺杂对固体氧化物燃料电池Sr_(2)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)阴极材料的改性研究
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作者 赵佳乐 曾思梦 +3 位作者 林福华 张岩丽 王波 刘子璇 《化工新型材料》 北大核心 2025年第7期172-177,183,共7页
采用柠檬酸-甘氨酸燃烧法制备了一系列Ce掺杂的Sr_(2-x)Ce_(x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)材料,系统地研究了Ce掺杂对其晶体结构和电化学性能的影响。Ce掺杂提高了氧空位浓度和吸附氧的含量,有效提高了氧还原反应... 采用柠檬酸-甘氨酸燃烧法制备了一系列Ce掺杂的Sr_(2-x)Ce_(x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)材料,系统地研究了Ce掺杂对其晶体结构和电化学性能的影响。Ce掺杂提高了氧空位浓度和吸附氧的含量,有效提高了氧还原反应的活性。在600℃时,Ce掺杂使阴极的极化电阻(Rp)从3.182Ω·cm^(2)(SFM)降低至1.274Ω·cm^(2)(Sr_(1.85)Ce_(0.15)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)),降低了59.96%。Sr_(1.85)Ce_(0.15)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)阴极表现出良好的稳定性,在600℃的极化阻抗能够稳定在1.2Ω·cm^(2)长达160h。因此,Ce掺杂可以有效提升固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 Sr_(2)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ) 阴极 极化阻抗
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固体氧化物电池金属连接体锰钴涂层材料研究进展
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作者 韩帅文 朱可晟 +3 位作者 刘长洋 刘子良 卞刘振 杨礼林 《材料导报》 北大核心 2025年第8期12-17,共6页
金属连接体作为固体氧化物电池(Solid oxide cells, SOCs)的核心组件,在工作温度范围内会发生严重的氧化和高价铬挥发导致阴极Cr中毒,从而降低电池性能与寿命。在金属连接体表面添加锰钴尖晶石涂层是防止其失效的有效手段,但是锰钴涂层... 金属连接体作为固体氧化物电池(Solid oxide cells, SOCs)的核心组件,在工作温度范围内会发生严重的氧化和高价铬挥发导致阴极Cr中毒,从而降低电池性能与寿命。在金属连接体表面添加锰钴尖晶石涂层是防止其失效的有效手段,但是锰钴涂层存在电导率低、烧结致密度差的问题。本文综述了近年来SOCs金属连接体防护用锰钴涂层的制备方法、成分设计对电导率、热膨胀系数、抗氧化性能等的影响。稀土元素与过渡金属元素的共同掺杂可以协同调控锰钴尖晶石涂层的电导率和抗氧化性能。此外,对锰钴涂层的设计、制备技术和性能改进提出了未来发展方向。 展开更多
关键词 固体氧化物电池(socs) 金属连接体 铁素体不锈钢 锰钴尖晶石涂层 掺杂
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掺杂改性NaYTiO_(4)增强固体氧化物燃料电池阳极抗硫中毒性能
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作者 渠吉发 王旭 +3 位作者 张维轩 张康喆 熊永恒 谭文轶 《无机材料学报》 北大核心 2025年第5期489-496,I0005,共9页
固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种高效的能源转换装置,但是传统镍基阳极面临严重的硫中毒问题。本研究采用固相法制备了层状钙钛矿氧化物NaYTiO_(4),并通过异价离子掺杂进行改性。Ni成功进入钙钛矿层后形成NaYTi_(0.95)Ni_(0.05)O_(4),... 固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种高效的能源转换装置,但是传统镍基阳极面临严重的硫中毒问题。本研究采用固相法制备了层状钙钛矿氧化物NaYTiO_(4),并通过异价离子掺杂进行改性。Ni成功进入钙钛矿层后形成NaYTi_(0.95)Ni_(0.05)O_(4),掺杂的Ni不仅可以调控晶体的生长特性,还可以在还原条件下原位析出。层状钙钛矿中二维分布的碱金属和极性结构带来了优异的化学吸水能力和良好的抗硫中毒能力,材料的吸附氧比例可以借助Ni掺杂提升至64.5%,表现出更加卓越的性能。所得材料作为SOFC阳极表现出良好的电催化活性,以H_(2)为燃料的SOFC在800℃的最大功率密度为183.8 mW·cm^(–2),H_(2)燃料中添加0.1%H2S不仅没有出现明显的毒化现象,最大功率密度还提升了25.2%,并且SOFC能够在更易毒化的700℃稳定工作40 h,说明掺杂改性层状钙钛矿氧化物可以显著提升阳极的抗硫中毒性能。 展开更多
关键词 层状钙钛矿氧化物 掺杂 固体氧化物燃料电池 阳极 抗硫中毒
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