直接炭燃料电池阳极性能的研究

论文摘要

直接炭燃料电池（DCFC）是一种以固体炭直接做阳极燃料的特殊类型的高温燃料电池,它将储存在炭中的化学能,通过电化学氧化反应,直接转化成电能,在转化过程中,没有直接燃烧,不经过热机转换过程,也无需对炭进行重整气化。DCFC具有能量转化率高,排放污染物少,燃料来源丰富的优点。本文研究了直接炭燃料电池炭粉阳极在熔融碳酸盐中的电化学氧化性能,并且进行了DCFC的组装及测试。通过线性扫描伏安曲线和电化学阻抗谱的测试发现,碳酸盐在炭表面预润湿,炭粉进行酸碱处理、碳酸盐中炭含量、炭粒径、反应温度和反应气氛都会对活性炭的电化学氧化性能产生影响。结果表明碳酸盐在炭表面预润湿、酸碱处理活性炭、升高反应温度、适当增加炭含量、减小炭粒径和通N2均会提高活性炭的电化学氧化活性。预润湿的经HCl处理的炭含量为15 g的、炭的粒径＜0.1 mm的活性炭在850℃、通入N2保护和电位扫速为10 mV/s时的开路电位（OCP）为-1.40 V,-0.2 V下的电流密度可达240 mA/cm2。采用固相反应法制备了粒径范围为1～3μm的偏铝酸锂粉,并以这些粉料用流铸法制备了偏铝酸锂隔膜。将制得的隔膜与泡沫镍网阴极制得不同的阴极隔膜组件,组装了炭粉-隔膜-阴极夹心型,炭泥-隔膜-阴极夹心型,炭泥-隔膜-阴极套管型三种电池,并且对其进行了放电测试。炭泥-隔膜-阴极套管型电池在850℃下,开路电压最大达到1.18 V,最大功率达到82 mW/cm2,在输出电压为0.1 V时,电流密度达到107 mA/cm2。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 直接炭燃料电池的优点和工作原理
• 1.2.1 直接炭燃料电池的特点与优势
• 1.2.2 直接炭燃料电池的分类及工作原理
• 1.3 直接炭燃料电池的研究现状
• 1.3.1 炭的阳极氧化
• 1.3.2 氧气的阴极还原
• 1.3.3 直接炭燃料电池的性能
• 1.4 直接炭燃料电池的展望
• 1.5 本论文的研究目的及主要内容
• 1.5.1 课题来源及研究目的
• 1.5.2 本论文的研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 三电极电池的设计
• 2.2.2 炭粉阳极的制备
• 2.3 表征与测试方法
• 2.3.1 X射线衍射分析
• 2.3.2 扫描电子显微镜测试
• 2.3.3 线性电位扫描测试
• 2.3.4 电化学阻抗谱测试
• 2.3.5 电池的放电性能测试
• 第3章 炭在熔融碳酸盐中的直接电化学氧化性能
• 3.1 预润湿对炭电化学性能的影响
• 3.2 酸碱预处理对炭电化学性能的影响
• 3.2.1 酸处理对炭电化学性能的影响
• 3.2.2 碱处理对炭电化学性能的影响
• 3.2.3 酸碱联合处理对炭电化学性能的影响
• 3.3 温度对炭电化学性能的影响
• 3.4 炭载量对炭电化学性能的影响
• 3.5 炭的粒径对炭电化学性能的影响
• 3.6 扫描速度对炭电化学性能的影响
• 2对炭电化学性能的影响'>3.7 通入N₂对炭电化学性能的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 直接炭燃料电池的组装及性能
• 4.1 直接炭燃料电池的组装原则
• 4.2 偏铝酸锂隔膜的制备
• 4.2.1 偏铝酸锂粉料的制备与表征
• 4.2.2 偏铝酸锂隔膜的制备与表征
• 4.3 直接炭燃料电池阴极的制备
• 4.4 直接炭燃料电池的组装与性能测试
• 4.4.1 直接炭燃料电池的组装
• 4.4.2 直接炭燃料电池的启动
• 4.4.3 直接炭燃料电池的性能研究
• 4.4.4 电池组装所存在的问题及其改进
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢