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Future development of solid oxide fuel cell 被引量:1
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作者 李箭 杨新民 蒲健 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期396-397,共2页
Solid oxide fuel cell(SOFC) technology and its status and problems were briefly described.Several topics for furtherresearch and development were proposed.
关键词 solid oxide fuel cell future development RESEARCH
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Data-driven nonlinear control of a solid oxide fuel cell system 被引量:2
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作者 李益国 沈炯 +2 位作者 K.Y.Lee 刘西陲 费文哲 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第7期1892-1901,共10页
Solid oxide fuel cells (SOFCs) are considered to be one of the most important clean,distributed resources. However,SOFCs present a challenging control problem owing to their slow dynamics,nonlinearity and tight operat... Solid oxide fuel cells (SOFCs) are considered to be one of the most important clean,distributed resources. However,SOFCs present a challenging control problem owing to their slow dynamics,nonlinearity and tight operating constraints. A novel data-driven nonlinear control strategy was proposed to solve the SOFC control problem by combining a virtual reference feedback tuning (VRFT) method and support vector machine. In order to fulfill the requirement for fuel utilization and control constraints,a dynamic constraints unit and an anti-windup scheme were adopted. In addition,a feedforward loop was designed to deal with the current disturbance. Detailed simulations demonstrate that the fast response of fuel flow for the current demand disturbance and zero steady error of the output voltage are both achieved. Meanwhile,fuel utilization is kept almost within the safe region. 展开更多
关键词 solid oxide fuel cell (SOFC) data-driven method virtual reference feedback tuning (VRFT) support vector machine(SVM) ANTI-WINDUP
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Development and optimisation of electrode materials in solid oxide fuel cells 被引量:2
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作者 JIANG San ping(Fuel Cell Strategic Research Programme, School of Mechanical and Production Engineering,Nanyang Technological University, Nanyang Avenue, Singapore 639798) 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2002年第3期133-137,共5页
Solid oxide fuel cell (SOFC) is an all solid electrochemical device to convert fuels such as hydrogen and natural gas to electricity with high efficiency and very low greenhouse gas emission compared to traditional th... Solid oxide fuel cell (SOFC) is an all solid electrochemical device to convert fuels such as hydrogen and natural gas to electricity with high efficiency and very low greenhouse gas emission compared to traditional thermal power generation plants. Moreover, the reliability and efficiency of SOFC is critically dependent on the performance and stability of its components including anode, cathode and electrolyte. This in turn is largely dependent on the material selection and the fabrication processes. In this paper, specific examples are given to demonstrate strategy and process in the development and optimisation of electrode materials such as Ni/Y 2O 3 ZrO 2 cermet anodes and (LaSr)MnO 3 based cathodes. The results also demonstrate the importance of fabrication processes and that the understanding of the electrode process plays a very important role in the optimisation process of electrode materials. 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 电极材料 电极优化
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La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3)-δ−Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9) composite electrodes as anodes in LaGaO_(3)-based direct carbon solid oxide fuel cells 被引量:2
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作者 CHEN Tian-yu XIE Yong-min +7 位作者 LU Zhi-bin WANG Liang CHEN Zhe-qin ZHONG Xiao-cong LIU Jia-ming WANG Rui-xiang XU Zhi-feng OUYANG Shao-bo 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第6期1788-1798,共11页
Direct carbon solid oxide fuel cells(DC-SOFCs)are promising,green,and efficient power-generating devices that are fueled by solid carbons and comprise all-solid-state structures.Developing suitable anode materials for... Direct carbon solid oxide fuel cells(DC-SOFCs)are promising,green,and efficient power-generating devices that are fueled by solid carbons and comprise all-solid-state structures.Developing suitable anode materials for DC-SOFCs is a substantial scientific challenge.Herein we investigated the use of La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3)-δ−Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)(LSCM−GDC)composite electrodes as anodes for La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3)-δelectrolyte-based DC-SOFCs,with Camellia oleifera shell char as the carbon fuel.The LSCM−GDC-anode DC-SOFC delivered a maximum power density of 221 mW/cm^(2) at 800℃ and it significantly improved to 425 mW/cm^(2) after Ni nanoparticles were introduced into the LSCM−GDC anode through wet impregnation.The microstructures of the prepared anodes were characterized,and the stability of the anode in a DC-SOFC and the influence of catalytic activity on open circuit voltage were studied.The above results indicate that LSCM–GDC anode is promising to be applied in DC-SOFCs. 展开更多
关键词 direct carbon solid oxide fuel cells anode material La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3)-δ−Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9) composite electrodes Ni nanoparticles
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SOFC/MGT混合动力系统性能分析及协同控制策略研究
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作者 霍海波 朱鸿翔 +3 位作者 徐胜 曹正良 许竞翔 李曦 《太阳能学报》 北大核心 2025年第6期79-88,共10页
为高效利用固体氧化物燃料电池(SOFC)的高温废热和提升系统的热电效率,提出一款以甲烷为燃料的新型固体氧化物燃料电池/微型燃气轮机(SOFC/MGT)混合动力系统。该系统在传统混合系统的基础上增设燃料旁通阀和加热器,以满足SOFC电堆入口... 为高效利用固体氧化物燃料电池(SOFC)的高温废热和提升系统的热电效率,提出一款以甲烷为燃料的新型固体氧化物燃料电池/微型燃气轮机(SOFC/MGT)混合动力系统。该系统在传统混合系统的基础上增设燃料旁通阀和加热器,以满足SOFC电堆入口温度的需求,并最大化利用其废热。为满足频繁波动的负载功率需求并确保透平具有合适的入口温度,首先基于所建混合动力系统的数学模型,对变工况条件下各组件的温度、输出功率等动态特性进行分析,然后在此基础上,设计混合动力系统的温度、功率协同控制策略。仿真结果表明,当负载功率需求频繁变化时,所设计控制系统的输出功率能实时跟踪外部功率需求变化并将透平入口温度控制到目标值,说明所设计的控制方案是有效的。此外,当负载功率需求变化时,就透平入口温度主动控制对混合动力系统性能的影响进行探究,结果表明对透平入口温度进行主动控制有利于系统功率跟踪和安全运行,并有效提高混合系统的效率。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 燃气轮机 混合系统 温度控制 功率控制
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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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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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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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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
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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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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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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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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 微管式固体氧化物燃料电池 氨燃料电池 嵌入式裂解反应器
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稳定的高活性PrBa_(0.5)Sr_(0.5)Fe_(1.6)Ni_(0.4)O_(5+δ)阴极材料的电化学性能
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作者 宋如 王彪 +2 位作者 卢春玲 牛冰冰 邱东超 《无机化学学报》 北大核心 2025年第4期639-649,共11页
通过Sr、Ni共掺杂PrBaFe_(2)O_(5+δ)(PBF)制备了中温固体氧化物燃料电池PrBa_(0.5)Sr_(0.5)Fe_(1.6)Ni_(0.4)O_(5+δ)(PBSFN)阴极,并对其性能进行测试。X射线衍射(XRD)图表明,高温煅烧的PBSFN阴极形成了立方钙钛矿结构。在950℃下,混... 通过Sr、Ni共掺杂PrBaFe_(2)O_(5+δ)(PBF)制备了中温固体氧化物燃料电池PrBa_(0.5)Sr_(0.5)Fe_(1.6)Ni_(0.4)O_(5+δ)(PBSFN)阴极,并对其性能进行测试。X射线衍射(XRD)图表明,高温煅烧的PBSFN阴极形成了立方钙钛矿结构。在950℃下,混合共烧的PBSFN阴极与La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.83)Mg_(0.17)O_(3-δ)(LSGM)电解质表现出良好的化学兼容性。350℃时,在空气气氛下,PBSFN电极材料的电导率最大,其值为681 S·cm^(-1)。800℃时,在空气气氛下,PBSFN阴极在LSGM电解质上的极化阻抗为0.033Ω·cm^(2)。Sr、Ni掺杂PBSFN阴极的高频阻抗(R_(1))仅为低频阻抗(R_(2))的6.4%,表明Sr、Ni掺杂PBSFN提高了阴极的电荷转移效率。此外,该阻抗特性与密度泛函理论计算的PBSFN氧空位形成能结论一致。800℃时,以H_(2)为燃料测试的单电池的最大功率密度为647 mW·cm^(-2)。特别地,采用PBSFN为阴极的单电池在100h内保持了良好的功率稳定性。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 铁基阴极 电导率
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高熵合金反应共烧保护层/接触层双层结构在SOFC阴极侧的应用
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作者 陈帮富 陈云霞 +5 位作者 余喻天 吴博 林囿辰 刘青 关成志 王建强 《陶瓷学报》 北大核心 2025年第1期96-105,共10页
铁素体不锈钢是固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)中常用的连接体材料,但是不锈钢合金在SOFC的工作温度(600℃~850℃)下仍存在表面高温氧化、Cr元素“毒化”阴极以及连接体与阴极接触面积不充分等问题。针对以上难题,本... 铁素体不锈钢是固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)中常用的连接体材料,但是不锈钢合金在SOFC的工作温度(600℃~850℃)下仍存在表面高温氧化、Cr元素“毒化”阴极以及连接体与阴极接触面积不充分等问题。针对以上难题,本研究选用MnCoNiFeCu合金粉末作为致密保护层和多孔接触层的前驱材料,合成浆料后丝网印刷至SUS 430表面上并在900℃空气烧结2 h,分别研究了保护层和接触层在烧结之后的相组成和微观结构演变。在模拟的SUS 430连接体/保护层/接触层/电池阴极/阴极支撑测试样品中,通过反应共烧制备了高熵尖晶石基保护层和接触层的双层结构。在1000 h恒温面电阻(Area-Specific Resistance,ASR)测试中,样品ASR值稳定保持在22.04 mΩ·cm^(2)~22.71 mΩ·cm^(2),而热循环测试导致样品ASR急剧增加。通过对测试样品横截面的分析,研究了高熵尖晶石基双层结构与相邻组件的相容性以及热稳定性。此外,还评估了高熵尖晶石基双层结构抑制Cr_(2)O_(3)膜的生长和阻止Cr从连接体向阴极迁移的有效性。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 高熵尖晶石 反应共烧 尖晶石 双层结构
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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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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
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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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集成化学链制氢的CO_(2)零排放SOFC/GT/ORC混合动力系统性能
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作者 佟勇婧 王军 +6 位作者 池立勋 程思昱 段立强 张汉飞 王秋实 王浩博 黄龑 《热力发电》 北大核心 2025年第5期44-53,共10页
提出一种新型集成化学链制氢的CO_(2)零排放固体氧化物燃料电池/燃气轮机/有机朗肯循环混合动力系统,在实现高效发电的同时,高效分离捕集CO_(2)。系统以甲烷为燃料,通过化学链反应产生氢气进入燃料电池,避免了电池内部积碳现象发生,电... 提出一种新型集成化学链制氢的CO_(2)零排放固体氧化物燃料电池/燃气轮机/有机朗肯循环混合动力系统,在实现高效发电的同时,高效分离捕集CO_(2)。系统以甲烷为燃料,通过化学链反应产生氢气进入燃料电池,避免了电池内部积碳现象发生,电池阳极出口回路至化学链,燃料反应器出口与电池阴极出口气体进入燃气轮机做功,排气余热被有机朗肯循环系统回收利用,进一步提高系统效率;并建立了系统模型并进行热力学性能分析,得到系统性能随燃料流量、燃料利用率、电池工作温度及系统工作压力的变化规律。结果表明:系统综合能源利用效率可达74.10%以上,电效率可达62.42%以上,?效率达到57.73%;敏感性分析表明,系统工作压力达到7×10^(5)Pa时,系统性能达到最优。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 化学链制氢 分布式发电系统 热力学性能
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固体氧化物燃料电池电解质材料研究进展
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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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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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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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