《直接碳固體氧化物燃料電池的陽極高溫反應機理研究》是依託華南理工大學，由劉江擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：直接碳固體氧化物燃料電池的陽極高溫反應機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉江
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
直接碳固體氧化物燃料電池 (DC-SOFC) 採用煤炭經簡單加工得到的碳燃料，理論效率接近100％，產物氣體可集中處理，是一種高效的清潔煤新技術。但目前DC-SOFC的性能還有待提高，對其內部反應機理還不清楚。本研究結合化學熱力學和動力學原理，將DC-SOFC內部可能涉及到的反應分離開來，它們是：陽極上發生的CO與電解質傳遞過來的O2－發生的反應或氧濃差電池發生的透氧反應、燃料上發生的Bouduard反應或普通燃燒反應。分別採用在SOFC中通以CO或Ar氣、向盛有碳的石英管中通CO2或O2的簡單眼應裝置對這些反應進行模擬，通過對這些模擬反應的性質（伏安特性曲線與交流阻抗譜）與DC-SOFC的性質進行比較分析，確定反應機理。同時，通過對這些模擬反應條件的改變對DC-SOFC性能影響的程度確定電池反應中的速率控制反應。上述研究將為提高DC-SOFC的性能指出努力方向並提供基本數據和理論依據。
結題摘要
直接碳固體氧化物燃料電池（DC-SOFC）可通過電化學反應的方式，將碳中的化學能直接轉換成電能，是一種潛在的高效清潔煤技術。對其機理的了解，有利於指導DC-SOFC材料的選擇、製備工藝的改進，從而提高DC-SOFC的性能。本項目擬通過將DC-SOFC中可能發生的各種化學反應區分開，採用相應的單純反應進行模擬，從而確認DC-SOFC陽極的反應機理。通過項目的實施，完成了立項時提出的研究任務，達到了預期的目標。取得了如下主要成果。 （1）通過向SOFC中直接通入CO來模擬預先假定的DC-SOFC的陽極反應，測定其輸出特性曲線和阻抗譜，與DC-SOFC的性能進行比較，得到了完全相同的結果，直接證明了DC-SOFC的陽極反應就是CO的電化學氧化。生成的CO2擴散到碳燃料處，發生Boudouard反應生成CO，CO又擴散到陽極發生電化學氧化反應，如此循環，實現了DC-SOFC的連續運行。 （2）通過在DC-SOFC的陽極上採用對CO的電化學氧化具有促進作用的催化劑、在碳燃料上擔載促進Boudouard反應的催化劑，得到了遠高於未添加催化劑的DC-SOFC的性能，進一步驗證了DC-SOFC的反應機理。 （3）研究結果表明：①Ag-GDC (Gd摻雜的CeO2)是一種很好的促進CO電化學氧化反應的催化劑；Fe、Co、Ni是很好的促進Boudouard反應的催化劑。②在DC-SOFC中，CO在陽極電化學氧化速率和碳燃料上發生的Bouduard反應速率相互牽制，速率較慢的為決速反應。除催化劑外，陽極和碳燃料的微觀結構、碳燃料的量等都是影響各自反應速率的重要因素。③DC-SOFC的性能衰減主要是由碳燃料的燒結和碳燃料的量隨運行時間而消耗減少所造成的。 （4）初步證明了傳統的Ni基陽極也可直接採用碳燃料運行。直接在三節串聯的錐管串接式SOFC電池組中使用擔載Fe催化劑的碳燃料，得到了可與使用氫燃料相比的輸出性能。 （5）提出可將DC-SOFC開發成一種高性能的攜帶型電源。設計了這種電源裝置。 （6）初步證明(Ni0.75Fe0.25-5%MgO)/YSZ是一種潛在的DC-SOFC陽極材料。 通過以上研究，已發表SCI收錄論文6篇，另有1篇已被接受發表，還有2篇在審稿過程中；申請專利2項，其中1項已獲授權。培養博士研究生6人，碩士研究生5人，其中3人已獲得博士學位，3人獲碩士學位。
