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带嵌入式微通道陶瓷裂解反应器的管式氨燃料电池
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作者 许晓茹 欧建臻 +12 位作者 刘佳伟 陈智聪 叶豪 刘颖隆 刘英丽 林泽宇 刘晶晶 简俊辉 罗栩 范竞敏 王超 雷励斌 梁波 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第5期1818-1828,共11页
采用冷等静压法、无心磨法和浸渍法成功制备了一种结构为NiO-YSZ|YSZ|LSCF-GDC的电解质支撑微管式固体氧化物燃料电池,其电解质厚度约为200μm。氨分解催化剂使用浸渍法制备,以蜂窝陶瓷为载体,制备一种在微通道内表面锚定了纳米级Ru催... 采用冷等静压法、无心磨法和浸渍法成功制备了一种结构为NiO-YSZ|YSZ|LSCF-GDC的电解质支撑微管式固体氧化物燃料电池,其电解质厚度约为200μm。氨分解催化剂使用浸渍法制备,以蜂窝陶瓷为载体,制备一种在微通道内表面锚定了纳米级Ru催化剂的氨分解反应器,该反应器对氨的分解率随温度升高而增加,在500℃时达到98.9%,在600℃时达到99.6%。然后将微通道陶瓷裂解反应器插入并固定在微管式固体氧化物燃料电池(μT-SOFC)中氨燃料输入的上游。借助场发射扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析技术(EDS)对μT-SOFC和嵌入式裂解反应器进行微观结构表征和元素分布表征,观察到管式电池经典的三明治结构。μT-SOFC的开路电压为1.19 V,集成了嵌入式裂解反应器的单电池以氨作为燃料,在600℃、700℃、750℃、800℃和850℃的不同温度下,最大功率密度分别达到8mW/cm^(2)、19mW/cm^(2)、41mW/cm^(2)、53mW/cm^(2)和57 mW/cm^(2),最高功率密度达到以75%氢气+25%氮气为燃料时的62%、61%、98%、98%和92%。在这项研究中,采用了阳极内部环形集流取电模式。每个环均匀地收集电流,根据仿真结果,总电流与环数大致成正比。目前关于微管式固体氧化物燃料电池电解质支撑系统的研究甚少,本研究为该领域制备技术、工艺和材料的后续系统性开发提供了新参考。 展开更多
关键词 电解质支撑 管式固体氧化物燃料电池 燃料电池 嵌入式裂解反应器
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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 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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微管式固体氧化物燃料电池制备技术及电堆组装工艺 被引量:6
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作者 孟秀霞 杨乃涛 +2 位作者 尹屹梅 谭小耀 马紫峰 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2977-2986,共10页
微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)能显著减小固体氧化物燃料电池(SOFC)的体积,微型化结构使其传质、传热和反应效率明显提高,可实现快速启动与关闭,易于移动和携带。本文概述了微管式固体氧化物燃料电池的结构、关键制备工艺、研究现... 微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)能显著减小固体氧化物燃料电池(SOFC)的体积,微型化结构使其传质、传热和反应效率明显提高,可实现快速启动与关闭,易于移动和携带。本文概述了微管式固体氧化物燃料电池的结构、关键制备工艺、研究现状、存在问题和应用前景。对电解质支撑型、阳极支撑型及阴极支撑型MT-SOFC结构和性能进行了分析比较,介绍了等静压成型、挤出成型和相转化纺丝法制备陶瓷中空纤维的技术,综述了微管负载型电解质膜技术和微管电池堆组装技术,并对MT-SOFC发展方向及在便携电源、汽车动力电源和微反应器领域的应用进行了展望。 展开更多
关键词 管式固体氧化物燃料电池 挤出成型法 相转化纺丝法 陶瓷中空纤维 陶瓷反应器
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阳极支撑微管式固体氧化物燃料电池的研究进展 被引量:2
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作者 孙旺 毛雅春 +1 位作者 张乃庆 孙克宁 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期223-232,共10页
近些年来,微管式固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其具有密封简单、体积能量密度高、抗热震性好、启动时间快等优点备受关注。本文主要介绍了微管式SOFC的优势,并重点概述了阳极支撑型微管式SOFC的制备方法、研究现状和未来的发展方向。分... 近些年来,微管式固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其具有密封简单、体积能量密度高、抗热震性好、启动时间快等优点备受关注。本文主要介绍了微管式SOFC的优势,并重点概述了阳极支撑型微管式SOFC的制备方法、研究现状和未来的发展方向。分别对采用塑性挤出法和相转化法制备的阳极支撑微管式SOFC的技术进展进行了综述。介绍了阳极支撑微管式SOFC电池堆的设计理念,并对未来微管式SOFC的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 管式固体氧化物燃料电池 电池 塑性挤出成型法 相转化法 阳极
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便携式甲醇蒸汽重整制氢耦合固体氧化物燃料电池实验装置设计 被引量:4
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作者 马跃 林蔚然 +9 位作者 姚越 王陈鹏 杨华政 蔡思 郭劲 赵小波 陶涛 姚英邦 鲁圣国 梁波 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2022年第4期173-177,共5页
该文提出一种用于本科教学实验的甲醇蒸汽重整制氢(MSR)和微管式固体氧化物燃料电池(MTSOFC)教学演示仪。阳极支撑型MTSOFC和MSR催化剂分别使用挤出成型-浸浆工艺和液相合成法制备。结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征MTSOF... 该文提出一种用于本科教学实验的甲醇蒸汽重整制氢(MSR)和微管式固体氧化物燃料电池(MTSOFC)教学演示仪。阳极支撑型MTSOFC和MSR催化剂分别使用挤出成型-浸浆工艺和液相合成法制备。结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征MTSOFC和MSR催化剂材料特性,并使用色谱、电子负载分析本教学演示仪器的功能特性。纳米铜修饰的氧化锌MSR催化剂,在防止碳沉积的同时,其氢气选择率>40%。便携式教学演示仪使用的MTSOFC以甲醇重整合成气为原料,在720℃操作时,最大输出功率密度(MPD)为0.53 W·cm^(–2)。本仪器还配制了额外的扩展接线柱,学生可根据其他应用场景,展示燃料电池的功率特性。 展开更多
关键词 甲醇蒸汽重整制氢 微管式燃料电池 本科教学实验
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YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维电解质层厚度控制及其影响 被引量:3
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作者 宫勋 孟秀霞 +3 位作者 杨乃涛 谭小耀 尹屹梅 马紫峰 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1108-1114,共7页
本研究利用相转化共纺丝法一步制备出微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)用电解质/阳极(YSZ/NiO-YSZ)双层中空纤维膜,将制得的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜前驱体经1450℃烧结后,以纯H2在700℃下还原4 h得到YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜。电... 本研究利用相转化共纺丝法一步制备出微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)用电解质/阳极(YSZ/NiO-YSZ)双层中空纤维膜,将制得的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜前驱体经1450℃烧结后,以纯H2在700℃下还原4 h得到YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜。电解质YSZ膜层厚度通过改变YSZ铸膜液挤出速率来调节。将La0.8Sr0.2MnO3-δ(LSM)阴极乳浆浸渍涂覆在烧结后的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜外,经1200℃烧结后形成微管式固体氧化物燃料电池。结果表明,当阳极铸膜液以10 mL/min速率挤出,而电解质铸膜液挤出速率为0.5、1、1.5、2 mL/min时,构造的YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜电解质层厚度分别为6、13、18、28μm,其机械强度、气密性均随着电解质层厚度增加而增大,但电导率与孔隙率受电解质层厚度的影响较小。YSZ膜厚度为28μm的MT-SOFC,800℃时以20 mL/min氢气作为燃料,30 mL/min空气作为氧化剂,最大开路电压为1.01 V,最大输出功率只有75 mW/cm2。但同样测试条件下,YSZ膜厚度为6μm的MT-SOFC,开路电压为0.92 V,最大输出功率升至329 mW/cm2。 展开更多
关键词 双层中空纤维 YSZ电解质膜 相转化法 管式固体氧化物燃料电池 共纺丝-共烧结
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