熔融碳酸盐型燃料电池技术与发展

燃料电池以其高效率、低污染和灵活等显著优点而倍受人们的关注。该文给出了燃料电池的种类与用途；重点介绍了熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）的现状；可逐步取代一部分火力发电装置，1999年日本1000kW的MCFC发电时间近5000h，美国的一台250kW MCFC也工作了1万多小时；指出了阴极的镍的溶解等四个技术关键；并指出提高MCFC的工作压力到1.5MPa和发展高密度输出，密度目标达300mA/cm^2是今后发展的方向。     

熔融碳酸盐燃料电池性能影响因素分析

提高熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)性能、延长其寿命是促进其商业化的关键。对MCFC主要性能影响因素 :工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、杂质、电流密度和工作时间等进行了分析。结果表明 ,提高气体工作压力和温度可以提高电池性能 ,但为保证电池寿命 ,应限制在一定范围内 :反应气体组成的变化将影响MCFC电压 ;为获得电池整体最佳性能 ,利用率不应过高 ;燃料气体中的杂质必须加以清除 ;在所应用的电流密度范围内 ,电压损失主要是由欧姆过电位造成 ,为此应当减小欧姆阻抗     

熔融碳酸盐燃料电池性能的研究

用流铸法制备的膜组装熔融碳酸盐燃料电池,组装可靠,重复性好。电流密度在150mA/cm~2,电压在0.90V以上;在200mA/cm~2时,输出能量密度为147mW/cm~2。考察了反应气压差,组装压力,燃料气和氧化剂利用率及温度对性能的影响,并进行了讨论。     

熔融碳酸盐燃料电池LiCoO2阴极性能的研究

用半导体掺杂法将LiCoO2阴极掺杂Mg,又重掺杂La和Ce等稀土元素.该阴极具有粗细双孔层结构,分别适应液相和气相的传质.又用单电池评价阴极(电化学)性能,并与NiO阴极性能进行比较.反应气压为0.9 MPa,气体利用率为20%,用LiCoO2和NiO阴极分别组装的熔融碳酸盐燃料电池单电池(阳极为Ni-Cr,电极面积为26 cm2)在300 mA*cm-2放电时,工作电压分别为0.848 V和0.820 V,功率密度分别为254.4 mW*cm-2和246 mW*cm-2.LiCoO2阴极性能优于NiO阴极,说明LiCoO2阴极掺杂和双层结构是有效的,而且掺杂将其电导已提高到与NiO阴极同等水平.     

熔融碳酸盐燃料电池电解质研究--NiO的溶解度和O2的还原行为

熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)具有发电效率高、环境友好以及能使用各种燃料等优点 ,但是 ,阴极的NiO溶解在碳酸盐中 ,并迁移到阳极被H2 还原成金属Ni ,造成电池短路 ,影响了使用寿命。为解决这一技术难点 ,延长MCFC的使用寿命 ,经优化计算得到了三元碱金属碳酸盐 (0 .474Li 0 .3 2 6Na 0 .2K )CO3 ,提出了用ICP法测定NiO在该碳酸盐中的溶解度 ,以及不同的气体组成和压力对NiO溶解度的影响 ;同时用电化学测试的方法对O2 在该电极体系的还原行为进行了研究。实验表明 ,NiO在该组成的碳酸盐中溶解度较小 ,而O2 的溶解度较大 ,这就减少了由于氧的扩散阻力造成的阴极极化 ,有利于加快氧的还原反应 ,因此该三元碱金属碳酸盐可作为熔融碳酸盐燃料电池适宜的电解质。     

熔融碳酸盐燃料电池电堆的输出电压模型

为保证熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)电堆可靠、高效和安全地运行 ,要求保持输出电压的恒定。根据MCFC电堆发电过程中物质与电量的平衡 ,分析了顺流型电堆的内部动态特性 ,就输出电压与燃料气体利用率和电流密度等相关量建立了由一组变系数偏微分方程和积分方程描述的数学模型 ,并从外部负载扰动的角度讨论了各状态量之间的相互关系。仿真结果证实了分析和建模的正确性。     

熔融碳酸盐燃料电池系统建模与控制

熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)是目前商业化前景最好的燃料电池 ,特别适合大容量中心电站和联合循环发电。MCFC系统工作在高温、封闭、复杂的环境下 ,内部状态测量极为困难 ,试验分析代价很高 ,有时几乎是不可能的。为提高MCFC性能并确保其安全、长寿命运行 ,需要采用数值分析的方法 ,建立完善的MCFC数学模型 ,借助模型来进行性能仿真分析和动态控制设计。首先详细介绍了MCFC的电极、单电池、电堆、系统四个层次的建模以及MCFC控制的研究现状 ,并指出了现有模型的不足 ;然后讨论了电堆和系统两级建模的发展方向 ;最后 ,分析了MCFC系统的非线性、大时滞、分布参数、多输入多输出、有约束和随机干扰等特征 ,并根据这些特征 ,提出了两种适宜的控制方法     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电系统进展

燃料电池 ,尤其是熔融碳酸盐燃料电池是 2 1世纪最有希望的发电技术。在简要叙述了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的发电原理后 ,从以下方面对系统的开发进行了论述 :单体元件 (电极和电解质 )性能的提高 ,燃料的处理 ,余热利用 ,电力调节和并网 ,电池参数 (工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、燃料气体湿度 )的控制与优化。介绍了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的国内外研究现状 ,给出了天然气外部重整型和内部重整型燃料电池的循环模型。指出熔融碳酸盐燃料电池系统开发面临的主要课题 :延长寿命、降低成本、系统小型化、改善电能质量等 ,给出一种多段熔融碳酸盐燃料电池系统模型     

熔融碳酸盐燃料电池电解质板的研制

本文采用自制的γ－ＬｉＡｌＯ２，在其中加入造孔剂和粘合剂，冷压烧结成了具有一定孔隙率和孔径大小的支持体。用熔融碳酸盐浸渍支持体制成ＭＣＦＣ用电解质板，单电池试验获得成功。     

熔融碳酸盐燃料电池隔膜及单电池寿命

采用数学模型推算了熔融碳酸盐燃料电池隔膜寿命,并进行了单电池运行稳定性试验。从电池隔膜阻气能力及离子传输能力两方面,提出以其最大阻气压力差Δp≥0.1MPa,孔隙率满足40%≤η≤70%作为其寿命指标。通过电池最大孔径测试法和隔膜模拟烧结孔隙率测试法,建立数学模型,推算出烧结时间为40000h所对应的隔膜最大孔径为0.9332μm,孔隙率为66.7%,皆小于其寿命指标值,这也说明,隔膜寿命超过40000h。单电池1000h寿命试验结果表明,以H2作燃料,电池性能稳定;以模拟煤气作燃料,电池性能快速衰减,主要由所发生的副反应引起。     

熔融碳酸盐燃料电池单体数值模拟及性能分析

介绍了熔融碳酸盐燃料电池的原理.认为燃料电池内部的温度、电流密度和反应气体浓度等分布参数对燃料电池的安全、高效运行具有重要的影响,准确地预测燃料电池的温度场、电流密度场和反应气体的浓度场具有十分重要的意义.在考虑熔融碳酸盐燃料电池内部电特性和热特性的基础上,建立了熔融碳酸盐燃料电池单体准二维数学模型.利用该模型对逆流形式的熔融碳酸盐燃料电池单体的主要性能参数进行了稳态数值模拟.仿真结果对于熔融碳酸盐燃料电池的设计及运行具有一定的参考价值.     

熔融碳酸盐燃料电池阴极的研究进展

综述了熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)多孔阴极结构及其新材料的研究进展 ,介绍了多种能够有效改善阴极稳定性、延长MCFC寿命的新技术。以Li Na碳酸盐电解质代替传统的Li K体系或用碱土元素对NiO阴极进行改性 ,能够显著降低镍在电解质中的溶解性。所开发的LiCoO2 和LiFeO2 LiCoO2 NiO复合物等新型阴极材料具有与NiO相当的电化学活性而较低的溶解性。作为一种新型结构技术 ,在阴极和电解质隔膜之间或在电解质隔膜中 ,设置一层金属膜 ,能够有效阻断阴极溶解组分向阳极的扩散 ,避免电池内部短路危险 ,延长电池寿命     

熔融碳酸盐燃料电池隔膜材料和电池的开发

叙述了大连化学物理研究所在熔融碳酸盐燃料电池隔膜材料及电池方面的研究进展 ,结合自己工作及国际研发动态 ,提出对熔融碳酸盐燃料电池的研发要集中于其关键部件 ,并提出对隔膜材料进行研发的具体方案     

千瓦级熔融碳酸盐燃料电池组启动与性能

采用内公用管道和高温胶来组装52节电池组,以缓慢又均匀升温和通氧燃烧电池组隔膜中的有机物,电池组成功运行。反应气压为0 5MPa,反应气利用率为20%,在150mA/cm2电流密度下放电,电池组稳定输出功率为1025 48W。反应气压升高,电池组热电效率提高;放电电流密度升高,其热电效率反而降低。     

熔融碳酸盐燃料电池阴极材料的导电性

通过交流阻抗方法研究了熔融碳酸盐燃料电池阴极材料锂镍氧化物、锂钴氧化物和锂铁氧化物的导电性能。结果表明:锂镍氧化物电极的导电性最好,锂钴氧化物电极的导电性次之,锂铁氧化物电极的导电性最差;它们的导电性都随着温度的升高而按指数规律增加;在合成锂钴氧化物(或锂铁氧化物)的过程中,使Li2CO3轻微过量,可以提高锂钴氧化物(或锂铁氧化物)电极的导电性,而且在同一温度下,随着nLi∶nCo(或nLi∶nFe,摩尔比)值的增大,锂钴氧化物(或锂铁氧化物)电极的导电性显著增加。