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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：1
1
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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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
2
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
3
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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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
4
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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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
5
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
6
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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固体氧化物电池金属连接体锰钴涂层材料研究进展
7
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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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
8
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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钙钛矿材料在固体氧化物燃料电池阴极中的应用
9
作者 梁四凯 王凯 +1 位作者 李中青 王志远 《能源研究与信息》 2025年第1期1-9,共9页
固体氧化物燃料电池(SOFC)因其高效、环保和可再生等优点,在能源领域受到广泛关注。阴极材料的电化学催化性能对SOFC的性能和稳定性至关重要。钙钛矿材料因其卓越的电化学活性和催化特性,成为燃料电池领域研究的热点。总结了SOFC的基本... 固体氧化物燃料电池(SOFC)因其高效、环保和可再生等优点,在能源领域受到广泛关注。阴极材料的电化学催化性能对SOFC的性能和稳定性至关重要。钙钛矿材料因其卓越的电化学活性和催化特性,成为燃料电池领域研究的热点。总结了SOFC的基本结构和工作原理,梳理了钙钛矿阴极材料的结构和物理化学性质,重点探讨了钙钛矿阴极材料的制备和性能优化策略,为推动SOFC阴极材料的研究和发展提供参考和借鉴。分析表明,钙钛矿材料在提高SOFC性能方面具有可观的潜力,未来通过优化制备工艺和材料组成,可以进一步提升其电化学性能和稳定性。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 阴极材料 钙钛矿 制备方法 掺杂 缺陷
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甲烷固体氧化物燃料电池的多物理场耦合积碳模型 被引量：2
10
作者 肖瑶 刘志军 +2 位作者 魏炜 许晓飞 刘凤霞 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期144-154,共11页
烃类燃料的直接使用造成固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳并导致性能下降的严峻问题,开展积碳原因分析并采取减少积碳形成的措施是加快固体氧化物燃料电池商业化的重要课题。提出三维瞬态多物理场耦合积碳模型,通过仿真模型计算,研究... 烃类燃料的直接使用造成固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳并导致性能下降的严峻问题,开展积碳原因分析并采取减少积碳形成的措施是加快固体氧化物燃料电池商业化的重要课题。提出三维瞬态多物理场耦合积碳模型,通过仿真模型计算,研究不同条件、不同参数对固体氧化物燃料电池性能的影响,以评估电池的长期性能。在电池工作电压和积碳速率方面,计算结果与已有试验结果吻合较好。结果表明,随着积碳含量增加,阳极电极材料的孔隙率将减小,催化剂活性降低。当预重整程度降低、入口速度增加、操作温度增加、工作电压下降和燃料中氢气比例增大,积碳量均呈上升趋势。通常来说,积碳的增加会造成电池性能下降,如预重整程度的降低及入口速度的增加符合这一趋势。操作温度增加、工作电压下降和燃料中氢气比例增加虽然也会造成积碳量增加、电性能衰减严重,但电池性能呈上升趋势。研究表明,这一现象与甲烷裂解反应关系密切。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 积碳 孔隙率 数值模拟
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双钙钛矿氧化物Ba_(2)Fe_(1.3)Mo_(0.7)O_(6-δ)作固体氧化物燃料电池阳极的研究 被引量：1
11
作者 苏晓刚 宋昭远 张磊磊 《辽宁石油化工大学学报》 CAS 2024年第1期29-34,共6页
通过改变Ba_(2)FeMoO_(6)-δ(BFM)中Fe与Mo的物质的量比调控双钙钛矿晶格B位有序性,制备了一种高性能新型SOFC双钙钛矿阳极材料Ba_(2)Fe_(1.3)Mo_(0.7)O_(6-δ)(BFM_(0.7))。结果表明,BFM0.7在H2中600~800℃的电导率为15.0~20.0 S/cm,... 通过改变Ba_(2)FeMoO_(6)-δ(BFM)中Fe与Mo的物质的量比调控双钙钛矿晶格B位有序性,制备了一种高性能新型SOFC双钙钛矿阳极材料Ba_(2)Fe_(1.3)Mo_(0.7)O_(6-δ)(BFM_(0.7))。结果表明,BFM0.7在H2中600~800℃的电导率为15.0~20.0 S/cm,远高于SOFC电极的最低标准(0.1 S/cm)。BFM0.7用作SOFC阳极时,单电池在850℃的最大功率密度和极化阻抗分别为1 149 mW/cm^(2)和0.15Ω·cm^(2)。相比于BFM阳极,BFM0.7的性能显著提高。此外,BFM0.7阳极电池连续工作39 h性能无衰减,表明BFM0.7阳极具有优异的电化学稳定性。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 阳极 电导率 电化学性能
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不同支撑结构的固体氧化物燃料电池数值模拟分析 被引量：1
12
作者 刘鑫宇 张安安 廖长江 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1710-1720,共11页
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效的发电系统,能够直接将化学能转换为电能。如何保证电池高效且稳定地运行是亟待解决的问题。本工作建立了单片的平板式固体氧化物燃料电池的三维模型,涉及电化学、传质和传热等多个物理场的耦合,通过... 固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效的发电系统,能够直接将化学能转换为电能。如何保证电池高效且稳定地运行是亟待解决的问题。本工作建立了单片的平板式固体氧化物燃料电池的三维模型,涉及电化学、传质和传热等多个物理场的耦合,通过COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对模型进行数值计算并验证模型,其I-V曲线表明数据误差小于6%。在该模型基础上,开发了基于阴极及电解质支撑的SOFC的三维模型,并继续研究了不同操作参数、支撑结构对SOFC的输出功率、温度等诸多因素对电池的输出功率、温度等物理参数带来的影响,对电池的影响情况通过极化曲线和功率曲线来反映。仿真结果表明,连接肋板会影响电池内部气体的扩散,进而发现电流密度与物质的分布有紧密联系。通过进一步的研究表明,支撑层厚度、压力以及输入燃料流量等因素均会对电池的输出功率、温度等带来影响,增大工作压力、燃料输入流量等均能提高输出功率,但这也会导致电池内部温度上升,而输出功率与电池支撑层厚度成反比。相同条件下,阴极支撑型SOFC的输出功率大于电解质支撑型SOFC的输出功率,本研究对SOFC的结构设计、实验工作具有一定的指导作用。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 电池性能 阴极支撑 数值模拟 电池温度
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移动式固体氧化物燃料电池系统集成技术研究现状与进展 被引量：1
13
作者 张瑞宇 史继鑫 +1 位作者 王雨晴 史翊翔 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期118-127,共10页
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种能量转换装置,可以通过电化学反应将燃料中的化学能直接转换为电能。目前,SOFC大多被视为固定式发电技术,然而因其具有燃料灵活性、高效率和高能量密度等特点,在移动式发电领域如... 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种能量转换装置,可以通过电化学反应将燃料中的化学能直接转换为电能。目前,SOFC大多被视为固定式发电技术,然而因其具有燃料灵活性、高效率和高能量密度等特点,在移动式发电领域如辅助动力、无人机动力、远程电源等也具有广阔应用前景。与固定式SOFC应用相比,移动式SOFC研究进展起步相对较晚,技术较不完善。移动式SOFC系统通常包括电堆、重整器、供气装置、尾燃器、换热器和储能组件等核心组件。开发SOFC移动系统需要考虑系统的鲁棒性、易用性以及发电能力等,而移动式SOFC系统部件相对较复杂,这些部件的耦合匹配特性又会显著影响系统的紧凑性、启动特性及体积/质量功率密度。从热特性、启动策略及高功率密度混合动力系统集成等方面对国内外移动式SOFC系统集成技术的研究进展进行综述。最后,基于对现有研究成果的总结提出了未来移动式SOFC系统集成中存在的挑战,及在材料与工艺的改进、新型启动策略和混合系统设计与优化等方面的发展方向。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 移动式应用 热区集成 快速启动 混合动力系统
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不同元素掺杂ZrO_(2)基固体氧化物燃料电池电解质电性能研究进展
14
作者 赵成明 孙金峰 孟永强 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期65-71,共7页
固体氧化物燃料电池(SOFC)是未来的清洁能源技术之一,电解质是核心部件。ZrO_(2)基SOFC电解质中含有氧空位是氧离子传导的基础,通过在ZrO_(2)中掺杂低价金属离子能够制造氧空位。综述了不同元素掺杂ZrO_(2)基SOFC电解质电性能的研究进展... 固体氧化物燃料电池(SOFC)是未来的清洁能源技术之一,电解质是核心部件。ZrO_(2)基SOFC电解质中含有氧空位是氧离子传导的基础,通过在ZrO_(2)中掺杂低价金属离子能够制造氧空位。综述了不同元素掺杂ZrO_(2)基SOFC电解质电性能的研究进展,按照掺杂元素的多少分为一元、二元及多元掺杂ZrO_(2)电解质三大类,在每一大类下,根据掺杂元素的种类特点进行了细分与论述。归纳了ZrO_(2)电解质的性能和掺杂金属离子的关系,以及不同金属离子掺杂的优缺点,展望了ZrO_(2)基电解质的发展趋势。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 ZRO 2 掺杂 离子电导率 氧空位
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固体氧化物燃料电池直接内重整的模型研究进展
15
作者 孙航宇 李卓华 +4 位作者 王亚丽 李晓艳 付云枫 杜国山 陈宋璇 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1277-1292,共16页
固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种通过电化学氧化反应直接将化学能高效率地转化为电能的装置,在大规模发电、联产以及一体化燃料升级等可再生能源系统领域具有广阔的市场前景。为进一步拓宽SOFCs的应用场景,降低运行成本,直接内重整(DIR... 固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种通过电化学氧化反应直接将化学能高效率地转化为电能的装置,在大规模发电、联产以及一体化燃料升级等可再生能源系统领域具有广阔的市场前景。为进一步拓宽SOFCs的应用场景,降低运行成本,直接内重整(DIR)技术可将CH4等烷烃类物质在阳极催化生成H2,减少了燃料预处理要求且提高了转化效率,是目前SOFCs研究领域的热点之一。为了优化该技术的系统设计和操作条件,模型模拟的研究可显著减少实验工作量,并为其提供理论支撑和指导性建议。通过DIR-SOFC系统的模型模拟,结合场分布、动力学参数等,可以量化评估系统内的反应,从而了解其物理、化学过程的复杂性。本文总结了DIR-SOFC建模工作的现状,介绍了体积平均模型和针对微观结构的模型;重点讨论多尺度数学模型,对现有研究中的反应动力学过程描述、“能量-质量-动量”平衡方程、“1D-2D-3D”DIR-SOFC单元描述等进行了综述,能更好地评估变量对DIR的影响;对DIR-SOFC模型中不同液体燃料的重整反应及相关的反应动力学参数进行总结;指出现有模型的不足,并对DIR-SOFC系统模型的未来发展进行展望,使模型更加精准。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 直接内重整 模型模拟 甲烷重整模型
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碳基固体氧化物燃料电池研究进展 被引量：1
16
作者 张伟 魏嘉璐 +1 位作者 JOSE Antonio Alonso 孙春文 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期239-264,共26页
随着人们对绿色能源和环境友好型社会需求的日益增长,先进能量转换装置或系统的研发亟待加速,而燃料电池系统被认为是最有希望的未来发电装置。在不同种类的燃料电池中,固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种清洁环保的发电装置,因其独特的... 随着人们对绿色能源和环境友好型社会需求的日益增长,先进能量转换装置或系统的研发亟待加速,而燃料电池系统被认为是最有希望的未来发电装置。在不同种类的燃料电池中,固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种清洁环保的发电装置,因其独特的多燃料运行能力及能量转化效率高等优点而前景广阔。然而,传统使用镍-金属陶瓷阳极的SOFCs,在碳氢化合物燃料下运行时,由于燃料的不完全氧化会使阳极产生积碳,从而导致电池性能下降。讨论了碳基SOFC中碳沉积机理和解决阳极积碳的策略,重点介绍了目前广泛研究的具有混合离子-电子导体的双金属-金属陶瓷材料的种类以及研究进展,并总结了双金属-金属陶瓷材料的抗积碳机理,主要表现为降低阳极表面的碳沉积速率以及加速积碳的去除。还介绍了在还原性气氛中,钙钛矿材料中纳米粒子原位偏析的原理,并讨论了原位偏析所形成的纳米颗粒以及其与钙钛矿主体所形成的金属氧化物异质结构在抗积碳阳极中的应用。此外,还探究了多层阳极和单原子催化剂阳极在中温SOFCs中的应用。在燃料电池技术巨大进步的推动下,人们对可用于固定式发电的集成煤气化的燃料电池发电系统(IGFCs)产生了新的兴趣,该系统对于实现煤炭的清洁高效利用具有重要意义,该技术的关键依托于SOFCs的成熟度。最后,总结并指出了碳基SOFCs未来的一些研究方向。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 阳极材料 碳氢燃料 碳沉积 整体煤气化燃料电池
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船用高温固体氧化物燃料电池方案的可行性探讨
17
作者 王凯 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第4期116-119,共4页
相比于其他氢能燃料电池方案,高温固体氧化物燃料电池(SOFC)与天然气燃料方案具有燃料成本低、联合循环的系统效率高、天然气燃料储-输-用经济和安全性高等优点,适合于中大型船舶与远海航行的应用场景。本文从船用紧凑式制氢重整器、船... 相比于其他氢能燃料电池方案,高温固体氧化物燃料电池(SOFC)与天然气燃料方案具有燃料成本低、联合循环的系统效率高、天然气燃料储-输-用经济和安全性高等优点,适合于中大型船舶与远海航行的应用场景。本文从船用紧凑式制氢重整器、船用能源系统集成等关键技术方面讨论讨论该方案在船上应用的可行性,为船用SOFC技术路线的发展提供可行性参考。 展开更多
关键词 船舶 固体氧化物燃料电池 天然气燃料 制氢重整器 系统集成
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便携式装置中双凸台取电微管式固体氧化物燃料电池数值模拟及实验验证
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作者 陈智聪 马跃 +9 位作者 杨华政 王陈鹏 刘颖隆 叶豪 刘佳伟 许晓茹 刘英丽 陈皆成 杜志伟 梁波 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3523-3533,共11页
本工作利用甲醇水蒸气重整制氢和管式固体氧化物燃料电池的各自优势,设计了一种甲醇水蒸气重整制氢(MSR)耦合微管式固体氧化物燃料电池(μT-SOFC)便携式制氢发电装置。使用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立双凸台取电的μT-SOFC... 本工作利用甲醇水蒸气重整制氢和管式固体氧化物燃料电池的各自优势,设计了一种甲醇水蒸气重整制氢(MSR)耦合微管式固体氧化物燃料电池(μT-SOFC)便携式制氢发电装置。使用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立双凸台取电的μT-SOFC数学模型并验证模型(误差率小于5%)。仿真结果表明双凸台取电方式可高效地收集电流,不同电压下电池整体具有较小的温度差。MSR催化剂和阳极支撑型μT-SOFC分别使用浸渍法和挤出成型-浸浆工艺制备。借助场发射扫描电子显微镜和能谱分析技术表征MSR催化剂和μT-SOFC材料特性。借助气相色谱仪分析MSR产物气体成分,分析得到氢气体积分数接近70%。便携式装置使用步进电机控制甲醇水溶液进液流量,可获得不同的MSR气体产物体积流量,平均最高可达1163 mL/min。应用于装置中的μT-SOFC开路电压为0.96 V,最大输出功率密度为190 mW/cm~2。电池在模拟实际使用4小时后,其电化学性能基本没有发生衰减。同时对此工况下的电池进行仿真,仿真结果表明,电池性能主要受MSR转化效率的限制,改变空气进气方向可提高电池输出功率。目前关于微管式燃料电池及其设备的应用研究甚少,本工作对μT-SOFC在便携式装置中的应用具有指导作用。 展开更多
关键词 甲醇水蒸气重整制氢 微管式固体氧化物燃料电池 数值模拟 制氢发电装置
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可逆固体氧化物电池电极材料的研究进展
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作者 顾佳敏 卜云飞 《新能源科技》 2024年第2期1-19,33,共20页
可逆固体氧化物电池电极材料在应对能源挑战和降低环境污染方面具有重要作用。文章介绍了固体氧化物燃料电池和电解电池的工作原理及它们结合成可逆固体氧化物电池的优点。着重讨论了电极材料选择对电池性能的重大影响,并深入分析了钙... 可逆固体氧化物电池电极材料在应对能源挑战和降低环境污染方面具有重要作用。文章介绍了固体氧化物燃料电池和电解电池的工作原理及它们结合成可逆固体氧化物电池的优点。着重讨论了电极材料选择对电池性能的重大影响,并深入分析了钙钛矿氧化物材料在氧电极氧还原/氧析出反应动力学提升方面的作用。此外,探讨了采用掺杂、离子缺陷引入、合成方法改进以及机器学习等策略来优化电极性能。同时,指出了燃料电极在不同运行模式下面临的挑战,如结构劣化和碳沉积等,为高效、稳定的可逆固体氧化物电池发展提供了新视角和方法。 展开更多
关键词 固体氧化物电池 可逆 电极 机器学习
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真空注浆法制备YSZ电解质膜管及其在固体氧化物燃料电池中的应用 被引量：9
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作者 贺天民 刘汉军 +7 位作者 杨景东 刘巍 刘志国 苏文辉 吕喆 裴力 黄喜强 苏文辉 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期932-936,共5页
以吡啶为分散剂，采用真空注浆法制备出膜厚为 0．2 mm、长度为 140 mm的致密 YSZ电解质膜管。研究了烧结温度对样品致密度和离子导电率的影响．用1650℃烧结2h 制备的致密YSZ电解质膜管组装成固体氧化物燃料电池，以氢气和煤气为燃料... 以吡啶为分散剂，采用真空注浆法制备出膜厚为 0．2 mm、长度为 140 mm的致密 YSZ电解质膜管。研究了烧结温度对样品致密度和离子导电率的影响．用1650℃烧结2h 制备的致密YSZ电解质膜管组装成固体氧化物燃料电池，以氢气和煤气为燃料，研究了电池在500～900℃的电化学性能．实验结果表明，用真空注浆法可制备出高质量和高密度的YSZ电解质膜管，在1600℃烧结后，其相对密度已达到理论密度的 98．1％，接近理论密度．单电池的开路电压最大值为1．213 V，最大输出功率为0．48 W．以氢气为燃料的燃料电池性能明显高于以煤气为燃料的电池性能． 展开更多
关键词 真空注浆 YSZ电解质膜管 固体氧化物燃料电池 材料 烧结性能
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