污泥微波熱解氣為燃料的SOFC積碳控制研究.pdf

1、針對(duì)日益緊張的能源形勢(shì)，為解決污水污泥處理處置效率低下等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效利用，本文基于污水污泥微波熱解生物質(zhì)氣，開(kāi)展以生物質(zhì)氣為燃料的固體氧化物燃料電池的產(chǎn)電研究。固體氧化物燃料電池(SOFC)是一類(lèi)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的高效發(fā)電裝置，目前阻礙SOFC推廣應(yīng)用的一大難題是，以碳基燃料氣（CH4、CO、C2H4等）運(yùn)行電池時(shí)，電池陽(yáng)極產(chǎn)生的碳沉積，會(huì)破壞電池結(jié)構(gòu)、阻礙氣體傳輸，影響電池放電穩(wěn)定性，以致縮短電池使用壽命。本文利用Ni

2、-YSZ陽(yáng)極支撐SOFC，基于運(yùn)行條件及電極材料性能兩大影響因素，開(kāi)展了操作狀態(tài)優(yōu)化、燃料氣改進(jìn)、陽(yáng)極材料改性等方面研究，探討了電池恒流運(yùn)行的積碳問(wèn)題，提高了電池運(yùn)行穩(wěn)定性，使以污泥微波熱解氣為燃料時(shí)電池抗積碳性能得到改善。
　　以模擬生物質(zhì)氣為燃料時(shí)，較高的操作溫度與工作電流密度有利于電池減少積碳、提高電池恒流運(yùn)行穩(wěn)定性；在低溫、低電流密度下，電池運(yùn)行的穩(wěn)定性較差，此時(shí)電池的積碳現(xiàn)象嚴(yán)重。同時(shí)考察了以氫氣和模擬生物氣為燃料時(shí)電池

3、的放電性能，結(jié)果表明操作溫度對(duì)電池的放電性能影響顯著，電池的最大功率密度隨溫度升高而提高。
　　在燃料氣改進(jìn)研究中，首先考察了CO2氣體的消碳作用。以 CO2/CH4混合氣體為燃料時(shí)，探討了不同比例混合氣的放電性能及積碳行為，結(jié)果表明向CH4氣體中添加CO2有助于電池穩(wěn)定運(yùn)行，在CO2/CH4比例為2時(shí)，電池的運(yùn)行最平穩(wěn)。以模擬生物氣為燃料，提高CO2濃度進(jìn)行燃料氣改進(jìn)后，電池的放電性能有所下降，恒流放電穩(wěn)定性得到提升。當(dāng)模擬生物

4、氣中CO2濃度達(dá)到20％時(shí)，恒流放電時(shí)電池的輸出電壓最穩(wěn)定。向燃料氣中添加水蒸氣后，電池的放電功率有小幅上升，且運(yùn)行穩(wěn)定性提高，結(jié)果表明當(dāng)水蒸氣比例達(dá)到7%時(shí)，電池的恒流放電性能優(yōu)于3%的水蒸氣添加比。
　　通過(guò)溶膠-凝膠自蔓延燃燒法制備尖晶石型MnFe2O4粉體，以絲網(wǎng)印刷技術(shù)在電池陽(yáng)極制備 MnFe2O4阻擋層，經(jīng)掃描電子顯微鏡觀測(cè)并考察阻擋層電池的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，以模擬生物氣為燃料時(shí)，較無(wú)阻擋層的空白電池，陽(yáng)極阻擋層電