研究发现:ORS生物炭是DC-SOFC的优良碳燃料

2023年4月13日,期刊Chemical Engineering Journal刊登文章《以油菜秸秆生物炭为燃料的微管直接碳固体氧化物燃料电池的实验与数值研究》原文名《Experimental and numerical study of micro-tubular direct carbon solid oxide fuel cell fueled by the oilseed rape straw-derived biochar》。影响因子IF=16.744。

直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFCs)是一种直接利用固体碳的燃料电池。碳燃料来源和配置可能会显著影响其电化学性能。本文首次在DC-SOFC中引入ORS生物炭以提高电化学性能,研究了油菜秸秆(ORS)生物炭对微管SOFC电化学性能的数值模拟

根据文中数据,单电池在850℃下的最佳输出为222 mW/cm−2,与氢燃料SOFC相当,此外,MT-DC-SOFC在100 mA恒流条件下的寿命为11.9 h, 850℃时的燃料利用率为23.8%,验证了ORS生物炭是DC-SOFC的优良碳燃料。

文中采用多物理场模型对MT-DC-SOFC的机理进行了评价。模拟结果验证了实验结果,即具有指状孔隙的电解质、碳燃料的位置和面积以及电极厚度对电池性能有显著影响。

文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723016790

固体氧化物燃料电池(SOFC)

目前化石燃料仍然占能源市场的80%,气候变化的严重性和化石燃料的短缺已经变得更加突出。

根据SOFC的电堆构型可分为串节型、无密封管型、整体型、平板型,区别在于:能耗损失的程度、密封方式、单电池之间电接触方式,

得益于其高温的工作条件,SOFC燃料可选择范围广,可以在电池系统内进行高温重整,燃料可选择氢气、甲烷、丙烷、甲醇、煤炭等;上文提到的DC-SOFC可以使用碳作为燃料,而不需要任何液体介质。反应式如下:CO(g) + O2- → CO2(g) + 2e-;C(s) + CO2(g) → 2CO(g)。

此外SOFC成本便宜,可高度模块化,热电联供;相较于目前普遍应用的AFC、PEMFC,SOFC在区域性供电、联合循环发电上有巨大优势。

小型家用SOFC在日本已经应用多年;大功率平板式SOFC在美国获得政府资助,远期目标打造公用事业100MW级IGFC和NGFC系统,目前国内SOFC零部件产业已趋完整。

DT新能源认为,相比H2,NH3、包括CH4的低碳烷烃以及生物质等燃料具有碳排低、成本低、安全可靠地优势。同时DC-SOFC 的开发,也为煤炭的高效清洁利用提供一种新路径。

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