中温固体氧化物燃料电池性能的初步研究

本文初步研究了一种新型中温固体氧化物燃料电池的性能,包括工作温度、功率输出特性以及电池的稳定性等,试验结果表明,制备的PEN单电池可以在500～600℃的温度下工作,开路电压(OCV)达O.8～1.0V,电池输出功率密度可达0.1W/cm2。升高温度可以提高电池性能,同时又降低了电池的稳定性,较合适的工作温度为550℃左右。     

固体氧化物燃料电池连接体优化

本文首先建立了一个电解质支撑的固体氧化物燃料电池（SOFC）数学模型,基于此模型发现当pitch和接触电阻一定时,存在一个最优rib宽度使输出电流密度最大。通过对计算结果的分析发现,当pitch一定时,最优rib宽度与接触电阻近似成线性关系。最后给出了最优rib的优化公式。     

固体氧化物燃料电池用导电陶瓷材料的研究进展

综述了导电陶瓷材料在固体氧化物燃料电池中的应用现状,分别从燃料电池的关键组件（电解质材料、阴极材料、阳极材料和连接材料等方面）对导电陶瓷的要求及其研究现状进行了讨论,提出目前研究广泛的导电陶瓷在固体氧化物燃料电池中存在问题。     

Pt｜YSZ｜Ag固体燃料电池研究

研制出管式Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ单体电池，设计组装了电池性能测试系统，在３００－６５０℃范围内用甲烷燃料气体测试了电池开路电压随温度及燃料气体流量的关系。     

运行条件对阳极支撑型固体氧化物燃料电池性能退化和阳极微观结构演变的影响

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种清洁高效的发电技术,在分布式发电站、家庭热电联供以及电动汽车领域具有广阔的应用前景。然而SOFCs性能的快速衰减导致运行寿命缩短,阻碍了其商业化进程。本文旨在研究运行条件对SOFCs性能衰减和阳极微观结构演变的影响规律,给电池性能和稳定性的优化提供理论指导。本文研究了不同运行温度、放电电流密度、运行时间对电池端电压、极化阻抗以及微观结构的影响,解析了阳极微观结构演变规律。研究结果表明,电池放电初期会经历一个快速的衰减期,然后达到稳定状态。大电流密度放电会增加阳极的极化,从而加剧电池初期的衰减率。通过电池阻抗的解析发现初期衰减主要来自于阳极极化电阻的增加。通过阳极微观结构解析,发现阳极与电解质界面活性区域中的Ni催化剂的流失是导致电池运行初期性能下降的主要原因。经过初期快速衰减后,电池性能趋于稳定,在恒流放电工况下运行3000 h,极化电阻增长率仅为0.17%/kh。通过阳极微观结构的三维重构解析可知,在经历初期快速衰减后,电池阳极微观结构的变化较小,电池稳定性较好。未来的研究重点将聚焦在提高电池在复杂工况下的耐久性,并通过调控阳极组成和微观结构抑制电池性能的快速退化。     

中温固体氧化物燃料电池NdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ-GDC复合阴极材料的性能研究

制备了复合阴极材料NdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ-40%Ce0.9Gd0.1O1.95(NBSC-40%GDC).NBSC-40%GDC的平均热膨胀系数(TEC)为16.0×10-6K-1,其在700℃时极化电阻仅为0.134Ω.cm2.进行了以电解质为支撑体的单电池(NBSC-40%GDC/LSGM/NiO-GDC)的性能测试,在800℃时,功率密度达到382 mW.cm-2.     

Pt｜YSZ｜Ag 固体燃料电池研究

研制出管式Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ单体电池,设计组装了电池性能测试系统,在３００～６５０℃范围内用甲烷做燃料气体测试了电池开路电压随温度及燃料气体流量的变化关系．发现电池开路电压随温度升高逐步增大,但增大速度在各温度段不同;电池开路电压随燃料气体流量的增加大致呈现出对数增加形式,燃料气体流量不大时开路电压增大速度很快,燃料气体流量变大后开路电压增大的速度越来越小,直至不变．     

热离子-温差热电混合发电模块的优化性能研究

应用非平衡态热力学理论,建立热离子-温差热电混合发电模块的理论模型,导出混合发电模块输出功率和效率的表达式,研究混合发电模块的性能特性和优化性能,确定混合发电模块在最大输出功率和最大效率时的优化条件,给出系统的优化工作区域,对系统的主要性能参数作了详细的讨论,得到一些有益的新结论.所得结果可为实际混合发电系统的设计和优化运行提供理论依据.     

固体氧化物燃料电池的原理及研究进展

概述固体氧化物燃料电池（SOFC）的原理,综述了ZrO2基固体电解质型燃料电池的研究进展状况,提出了一些有待解决的问题。     

固体氧化物燃料电池阴极的制作

稀土钙钛矿型氧化物是固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）研制中十分有应用前景的阴极材料，就这类材料的超细粉体制备、电阻率、热膨胀性等问题进行了讨论；采用浸渍涂覆和功能陶瓷烧结方法，在固体电解质ＺｒＯ２基体上形成了钙钛矿电极膜层；初步测试了它们的极化情况，提出过电位表达式的分解方法，获得特征值Ｉｃ，用来评价活化极化所占的比例和比较电极与电解质的性能；观察了它们作为氧浓差电池阴极的电势。     

固体氧化物燃料电池系统仿真分析与控制

固体氧化物燃料电池（SOFC）系统是一个非线性、多变量和强耦合的系统,很难用传统的建模方法来建立。本文基于BP神经网络的方法,利用MATLAB/Simulink平台构建SOFC系统模型,并在该模型的基础上增加PID控制,实现了闭环控制系统的分析。实验结果表明,该模型预测精度高,由预测模型得出的温度数据与实际数据的绝对误差为0.011%,增加的PID控制算法具有很强的抗干扰能力。     

阳极支撑型固体氧化物燃料电池电化学数值分析

根据阳极支撑平板型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的工作原理,建立了SOFC的三维热流电化学模型,研究燃料电池进气方式、进气速率、燃料气组成对其温度场、燃料利用率以及电池性能的影响.结果表明,相比于反向进气方式,采用同向进气,电池温度分布更均匀,热应力更小;适当提高阴极侧空气进气速率会降低电池平均温度和热应力,同时也有利于提高电池功率密度和燃料利用率;增加燃料气的进气摩尔分数,反应速率、系统温度梯度和功率密度随之加大,由于温度梯度的增大最终导致热应力增加.     

固体氧化物电解池技术应用研究进展

 固体氧化物电解池（SOEC）是固体氧化物燃料电池（SOFC）的逆运行装置。利用SOEC高温电解水制氢具有高效节能的优点,是目前新能源技术领域的研究热点之一。总体上看,国内SOEC 技术应用研究水平相较国外仍然有很大差距。本文综述了SOEC 的基本原理以及国内外应用研究的历程及发展现状。     

中低温固体氧化物燃料电池电解质材料研究进展

 固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种全固态的电化学能量转换装置,它的能量转换效率高达70%,且其尾气中的有毒成分含量极低,是未来化石燃料发电技术的理想选择之一。SOFC 具有较宽的工作温度范围,通常在450~1000℃。高温下（800~1000℃）尽管SOFC 在燃料选择方面具有更高的灵活性,但是材料性能衰减的加快、运营成本的提高,以及系统的开关速度变慢等一系列缺点也愈加明显。因而,SOFC 主要朝着低温化的趋势发展。降低SOFC 工作温度最有效的方法是提高固体电解质的电导率,以尽量减少电池的欧姆阻抗。本文综述了萤石型、钙钛矿型和复合型3 类固体电解质材料国内外的研究进展,同时展望了未来中低温SOFC 电解质材料的研究方向。钙钛矿型电解质材料在中低温下具有较高的纯离子电导率,且具备丰富的改性空间,有望成为将来中低温SOFC 电解质材料的首选。     

阳极支撑型固体氧化物燃料电池的研制

采用固相反应法制备出Gd2O3掺杂CeO2(GDC);用流延法制备阳极;用丝网印刷法制备电解质层及阴极;对GDC的相成分和热膨胀系数进行了测试分析;对阳极和电解质烧结后的孔隙率、密度及显微组织进行了表征．试验结果表明,采用流延法及丝网印刷法,通过选取合适的粉末原料,调整并优化制备过程的工艺参数,可以制备出具有良好组织结构和性能的阳极支撑型中温SOFC单电池。     

Electrolyte materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) directly convert chemical energy that is stored in a wide range of fuels into direct current electricity, with high efficiency and low emissions, via a series of electrochemical reactions at elevated operating temperatures (generally 400–1000 °C). During such an energy conversion process, the properties of electrolyte materials determine the working principle and operating temperature of the SOFC. When considering the cost and stability, lowering the operating temperature is critical, and this has become one of the developing trends in SOFC research. The key point for realizing a reduction in operating temperature is to maintain low ohmic resistance of the electrolyte and low polarization resistance of the electrodes. In practice, the mechanical and chemical stability of the electrolyte is also a big concern. According to their differences in ion conduction mechanisms, there are three main types of electrolyte material available, namely, oxygen ion-conducting, proton-conducting, and dual ion-conducting electrolytes. In this review, we give a comprehensive summary of the recent advances in the development of these three types of electrolyte material for intermediate-temperature SOFCs. Both conductivity and stability are emphasized. In conclusion, the current challenges and future development prospects are discussed.     

固体氧化物电解水制氢系统效率

电解水与高效清洁一次能源耦合制氢,是理想的大规模制氢技术。该文建立了电解水制氢系统效率评估模型,并通过该模型对碱性、固体聚合物电解池(SPE)及固体氧化物电解池(SOEC)制氢系统总制氢效率进行了计算与分析。碱性制氢系统电解效率与总制氢效率均较低,分别为56%和25%;SPE制氢系统电解效率虽有提高约76%,但其总制氢效率仍较低约35%;而SOEC制氢系统电解效率可达90%以上,总制氢效率高达55%,分别是SPE与碱性制氢系统的1.5和2倍。高温气冷堆耦合的SOEC电解制氢系统是目前已知总制氢效率最高的大规模制氢系统。     

燃料电池阳极材料的物理机械性能研究

以NiO和钐掺杂氧化铈(SDC)为原料,通过粉末冶金工艺制备出用于燃料电池的NiO/SDC阳极烧结体和Ni/SDC阳极材料,并测试了其孔隙率、孔径分布及电导率等物理机械性能。结果表明,NiO/SDC阳极材料性能依赖于其制备工艺和原料粉体性能,为获得具有良好综合性能的燃料电池阳极材料,必须对原料粉体及烧结工艺参数进行优化设计。     

基于ABC-SVM模型的固体氧化物燃料电池预测控制仿真研究

为了满足直流负载电压的稳定性及固体氧化物燃料电池（SOFC）的耐用性和安全性的要求,设计了两个控制回路分别对SOFC的输出电压和燃料利用率进行控制。通过设计一个简单的控制回路来使燃料利用率保持在恒定值,并在此基础上开发了一个非线性模型预测控制器以控制SOFC的输出电压。该非线性模型预测控制器基于改进的支持向量机（SVM）预测模型,首先利用Lipschitz quotients准则确定SVM预测模型的结构,然后通过人工蜂群算法（ABC）优化SVM参数。仿真结果表明,所提的基于ABC-SVM模型的SOFC预测控制算法可以很好地跟踪电压设定值,证明了ABC-SVM模型在SOFC非线性动态建模中的有效性。