《固態氧化物燃料電池用甲烷重整膜反應器研究》是依託中國科學技術大學，由陳初升擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：固態氧化物燃料電池用甲烷重整膜反應器研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳初升
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
固態氧化物燃料電池（SOFC）能夠將化學能直接轉化為電能，具有高效率、零污染和無噪聲等特點，是一種理想的發電裝置。鑒於氫氣的製備、輸運和存儲還面臨很多問題需要解決，人們構想採用方便易得的天然氣（主要成分為甲烷）代替氫氣作為SOFC的燃料。由於甲烷會在SOFC陽極上裂解為碳，導致電極失效， 因此需要先將甲烷重整為H2和CO，才能供燃料電池使用。遺憾的是，現有的甲烷重整工藝只有在規模很大時才是經濟可行的，當縮小至燃料電池所需的規模時成本就變得無法接受了。本項目提出了解決這一難題的新思路，即採用高穩定性的雙相複合中空纖維氧分離膜構造反應器，將甲烷部分氧化反應與氧分離過程耦合在同一空間，強化甲烷重整過程，實現反應裝置的小型化。本項目將研究和最佳化中空纖維氧分離膜和催化劑的組成和製備方法，研究和評估中空纖維催化膜反應器的甲烷重整性能，為設計和組建以天然氣為燃料的SOFC系統提供知識和技術儲備。
結題摘要
固體氧化物燃料電池（SOFC）能夠將化學能直接轉化為電能，具有高效率、零污染和無噪聲等特點，是一種理想的發電裝置。鑒於氫氣的製備、輸運和存儲還面臨很多問題需要解決，人們構想採用方便易得的天然氣（主要成分為甲烷）代替氫氣作為SOFC的燃料。由於甲烷會在電池陽極上裂解為碳，導致電極失效， 因此需要先將甲烷重整為H2和CO，才能供燃料電池使用。遺憾的是，現有的甲烷重整工藝只有在規模很大時才是經濟可行的，當縮小至燃料電池所需的規模時成本就變得無法接受了。本項目提出了解決這一難題的新思路，即採用氧分離膜構造反應器，將甲烷部分氧化(POM)反應與氧分離過程耦合在同一空間，強化甲烷重整過程，實現反應裝置的小型化。 本項目採用以Zr0.84Y0.16O1.92(YSZ)- La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3(LSCrF)雙相複合中空纖維膜構建反應器，膜的內壁塗有Ru催化劑。將膜管外側暴露在空氣中，內側通入甲烷，在Ru催化作用下甲烷與滲透的氧發生部分氧化反應。實驗表明：在溫度為950C、甲烷注入量為14.7 cm3 cm-2 膜面積 min-1 時， 甲烷轉化率大於90％，對應的氧滲透速率為7.9 cm3 min-1 cm-2， 流出反應器的氣體成分為H2 (53.5 %) 和CO (35.7 %)。實驗還證實：甲烷經過膜反應器預處理後注入固體氧化物燃料單電池，其可正常運行，但是將未經處理的甲烷直接注入電池，其很快就沒有電能輸出，究其原因是電極積碳失效。本項目還採用YSZ-LSCrF平板膜構建反應器，採用廉價的Ni基催化劑。平板膜採用本項目發展的相轉化流延成型方法製備。平板狀膜反應器同樣顯示出了良好的POM性能。由於膜組件緊湊性好，加之甲烷部分反應為溫和放熱反應，本項目研究的膜反應器有望作為SOFC的自熱式前置甲烷重整器，使得SOFC可以方便地使用天然氣作為燃料，利於其推廣套用。
