零碳/低碳燃料固体氧化物燃料电池-发动机联合动力系统热力学分析

为响应能源动力领域低碳节能的战略需求，促进固体氧化物燃料电池(SOFC)商业化应用，设计了一种SOFC-发动机联合动力系统，以NH₃、H₂、天然气为燃料，并结合尾气余热梯级利用技术。首先建立并验证了系统的数学模型，然后对系统模型进行了热力学分析，探究了不同零碳燃料、低碳燃料应用时关键参数对系统性能的影响。结果表明：燃料流率增大时系统效率无明显变化，H₂作燃料时SOFC与发动机子模块效率最佳，但使用NH₃系统总效率最高，可达81.96%;当量比保持在1时可使系统整体效率达到最优；蒸汽燃料比从0.8降低到0.2时系统总效率随之升高，但其过低也会导致系统经济性变差；理想条件下，该系统应用在动力机械装置中时，考虑到SOFC装置与发动机模块的耦合性，SOFC工作温度维持在600℃～650℃为宜。     

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.     

Ni-Fe支撑型固体氧化物燃料电池性能研究

设计并制备了Ni-Fe金属支撑型第三代固体氧化物燃料电池(SOFC)并对其进行表征.SOFC电池阳极、电解质、阴极分别采用了NiO-YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)、YSZ及YSZ-LSCF(La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ))材料,制备方法采用了单层流延及多层等静压结合的方法.在650~750℃的温度范围内对电池的性能进行表征,当阴极为空气,阳极通入氢气时,电池750℃最大功率密度为0.74 W/cm~2,电阻为0.45Ωcm~2,测试结果表明,此结构为Ni-Fe//Ni-YSZ//YSZ//YSZ-LSCF的金属支撑型固体氧化物燃料电池具有极高的性能及实用价值.     

固体氧化物燃料电池在移动交通领域的应用及研究进展

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)是一种可以将化学能直接转化为电能的能量转换技术,具有效率高、燃料选择灵活、杂质耐受能力强等特点.近年来,人们越来越重视SOFC在移动交通领域的应用.从SOFC的工作原理出发,重点分析SOFC在移动交通领域的应用优势,并介绍SOFC在移动交通中的应用形式,包括作为辅助电力单元和动力系统,并计算出其作为动力系统的油井-车轮(well to wheel,WTW)效率为34%～39%,远高于内燃机(14%～17%)和电池(27%),展现了SOFC作为动力系统的巨大潜力.接着,重点讨论SOFC发电系统的研究进展,包括原理性验证、能效提高和作为动力系统的性能研究等.最后,总结了目前SOFC在移动交通领域的应用现状,并对其应用前景进行展望.SOFC在移动交通领域有巨大的应用潜力,将为交通领域脱碳开辟新的路径.     

固体氧化物燃料电池电化学特性分析

对固体氧化物燃料电池的理想电势及有效电势进行理论分析,利用有关最新发表的活化超电势、欧姆超电势和传质超电势的计算公式,对有效电势和超电势进行了计算,探讨了工作温度和燃料中水蒸汽含量对有效电势的影响.研究发现,温度对SOFC有较大影响,在电流密度较高时,工作温度越高SOFC的有效电势就越高;燃料氢气中水蒸气的含量对SOFC的理想电势和超电势都有影响,共同作用下,SOFC燃料中较小的水蒸汽含量可获得较大的有效电势.     

固体氧化物燃料电池尾气在多孔介质中的燃烧特性

通过配置不同组分和温度的混合气体来模拟固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极和阳极尾气,并通过搭建双层多孔介质燃烧器实验台来研究SOFC模拟尾气的燃烧特性。结果表明：设计的多孔介质燃烧器可实现SOFC过渡和稳定阶段阳极尾气的稳定燃烧,但启动阶段的阳极尾气容易发生回火,燃烧器内烟气温度随SOFC工作阶段变化不大;阳极尾气中可燃组分的减少和惰性组分的增加都将使火焰面向燃烧器的下游移动并降低稳定燃烧温度,减小入口气流速度会使稳定燃烧温度先升后降,火焰面向燃烧器的上游移动;在无背压工况下,燃烧器的稳定燃烧极限随电堆燃料利用率的增加而减小。     

中国城乡能源供给系统的低碳途径

城乡能源供给系统指为建筑和工业生产提供电力、热力和燃料供应的供给系统，包括输配系统、中间转换环节、终端用能和调控。讨论了在零碳情境下新型电力系统和热力系统的结构、特点和调控手段，以及实现零碳能源后燃料系统的走向。在给出未来零碳能源供给系统目标的基础上，按照3个时间节点讨论了各个时期为实现这一零碳目标索要完成的任务，并提出了实现零碳能源供给系统的路径规划。     

SOFC/Micro-GT混合循环系统性能分析

基于总能系统概念讨论固体氧化物燃料电池/微型燃气轮机(SOFC/Micro-GT)间接混合发电系统及其特点,建立SOFC电池堆及系统的物理、数学模型,对700kW级混合系统的稳态全负荷运行工况进行分析,结果表明混合系统净发电效率可达68.3%,加上回收的余热,系统整体热效率可达82.9%。该文还探讨了燃料利用率、平均电流密度、电池温度、压力及蒸汽/碳比等主要参数对系统性能的影响规律,为SOFC/Mciro-GT混合发电系统的设计、优化提供参考依据。     

板式固体氧化物燃料电池的热应力分析

为了深入掌握固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构性能,进而提高其可靠性,在对SOFC的内部流动和电化学特性进行数值模拟,对顺流和逆流两种流动情况下板式SOFC内温度分布、电势特征和电流密度特征进行分析的基础上,将数值计算得到的温度场作为载荷施加到SOFC的热应力模型中,建立了数值模拟SOFC的有限元热应力模型,对SOFC关键结构中的三合一电极板中的热应力分布特征进行了分析研究.研究结果表明:相对于顺流形式,逆流形式燃料入口附近的温度梯度要大得多;材料间热膨胀系数的不匹配导致了热应力的产生;热应力的大小与温度分布和温度梯度密切相关.由于过大的热应力可能会导致SOFC结构开裂甚至破坏,该研究工作为SOFC单电池和电池堆的设计优化提供了重要的理论依据.     

固体氧化物燃料电池:高效清洁的能源

固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池(SOFC)是一个将化石燃料中的化学能转换为电能的发电装置。这里所谓的化石燃料可以是天然气、煤气、汽油或柴油以及其它碳氢化合物。能量转换是通过电极上的电化学反应来进行的,图1是传统发电与SOFC电站的一个比较。从中可以看出,利用SOFC进行能量转换没有燃烧和机械过程,从而极大地提高了能量转化效     

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。     

论固体氧化物燃料电池在我国未来能源体系中的作用及发展现状简述

燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学能量转换装置。固体氧化物燃料电池由于其自身的特点和优势,有望在我国未来低碳经济的能源结构中占有一席之地。其不仅可以在家庭热电联供等系统中得到广泛应用,而且可以带动整个产业链的发展。目前,世界各国均致力于固体氧化物燃料电池技术的研发和产业化进程。     

金属支撑固体氧化物燃料电池阻抗谱动态分析

采用悬浮等离子喷涂工艺制造金属支撑固体氧化物燃料电池(SOFC),阴极为SSCo-SDC(质量分数比为75%:25%),电解质为SDC,阳极为NiO-SDC(质量分数比为70%:30%),支撑体为多孔Hastelloy X合金.在450～600℃下,对极化电阻、欧姆电阻、本体电阻与界面接触电阻分别进行了静态分析,分析结果显示接触电阻对欧姆极化损失的影响较大.电池经受3次慢速热循环(3℃/min)和12次快速热循环(60℃/min),并记录600℃时动态阻抗谱和开路电压.基于对欧姆电阻和极化电阻的动态分析,给出了金属支撑SOFC可能的降解机理.动态分析结果也显示,金属支撑体的抗氧化性在金属支撑SOFC稳定性中发挥重要作用.     

SOFC梯度功能PEN部件的等离子熔射数字化制造

将功能梯度材料、快速原型制造、等离子熔射与机器人数字化成形技术相结合,多层连续熔射快速制造平板和瓦楞式固体氧化物燃料电池(SOFC)的三合一电极(PEN)部件.采用自主研发的梯度功能送粉设备,通过系统的工艺试验,探讨并研究了阳极、电解质与阴极层间连续梯度变化规律,以及阳极与阴极的多孔性特征;利用电子探针和能谱分析等检测手段分析了PEN部件材料成分的梯度变化情况.结果表明:采用本方法能够获得SOFC的PEN部件所需的成分与组织呈连续梯度变化,阳极与阴极孔隙率高的梯度功能涂层.     

固体化学燃料中固化剂的筛选与研究(Ⅱ)

本文对硬脂酸纳、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙二醇(4000)等作为固化剂所研制的固体化学燃料进行了性能指标的测试,探讨了不同种类的固化剂对固体化学燃料性能的影响,筛选了适宜的固化剂组成,确定了制备固体化学燃料的合适配方和合理的工艺流程。     

中国低碳经济研究进展

从中国现有文献入手,对低碳经济的概念与内涵、经济低碳、能源低碳、低碳城市、技术低碳和低碳经济发展模式等六方面的研究进展进行了归纳与总结,从而结合研究过程中存在的问题,提出未来研究的重点方向,以期为中国低碳经济的研究与实践提供参考.     

基于改进RBFNN的SOFC辨识建模

针对现有的固体氧化物燃料电池(SOFC)模型过于复杂,难以满足控制系统的设计需要的弊端,基于一种改进的径向基函数神经网络(RBFNN)辨识技术建立了SOFC的非线性模型.在建模过程中,以SOFC的燃料利用率为模型的输入,电压和电流为模型输出.利用800组实验数据作为训练样本,建立了SOFC的电流-电压辨识模型.仿真结果表明了所建模型的有效性和精度.该模型的建立为先进的控制策略研究奠定了基础.     

具有喷射制冷的SOFC/TRCC电冷联供系统4E分析

提出了一种通过跨临界CO₂循环(TRCC)和喷射制冷循环(ERC)回收固体氧化物燃料电池/燃气轮机(SOFC/GT)余热的新型电冷联供系统.在工程求解器(EES)软件环境下建立了系统的数学模型，从能量、■、环境和经济(4E)的角度对系统进行研究，分析了关键参数变化对系统性能的影响.结果表明：联供系统在设计工况下净输出功率为272.874 kW,可向用户提供15.785 kW冷负荷，系统总成本为0.288 8元/(kW·h);系统总发电效率、总■效率和能源综合利用效率分别为68.12%、66.60%和72.06%;增加燃料利用率或提高SOFC入口温度和增大TRCC透平入口压力都可提高联供系统的■效率，当空燃比达到10.88时，系统■效率达到最大值66.94%;增大燃料利用率和SOFC入口温度或降低TRCC透平入口压力可降低系统总成本，在空燃比为10.57时达到最小值0.280 8元/(kW·h).     

半微量开氏法在固体生物质燃料氮含量测定中的应用

研究了半微量开氏法测定固体生物质燃料中氮含量的适用性.研究表明,应用于煤中氮测定的半微量开氏法经测定条件优化后可适用于固体生物质燃料中氮含量的测定,测定结果与欧盟标准CEN/TS 15104的规定方法无显著性差异,精密度"相同",达到同等技术水平;将样品放置一定时间后重新测定的结果证明半微量开氏法测定固体生物质燃料中氮的复现性好,结果稳定可靠.     

APGC燃机与燃料电池复合发电系统性能分析

基于新型环境压力下吸热燃气轮机循环APGC(ambient pressure gas turbine cycle),提出了APGC燃气轮机和常压固体氧化物燃料电池(SOFC)组成的复合发电系统.利用商业软件Aspen plus,建立了APGC燃气动力装置以及常压SOFC的数值分析模型.以西门子公司生产的120 kW燃料电池结构及设计参数作为分析基础,探索了APGC燃气轮机和SOFC组成的常压SOFC/APGC复合发电系统的性能.研究结果表明:复合装置的发电效率可以达到66.5%,显示出复合发电性能的优势.