用于固體氧化物燃料電池的煤基碳燃料研究.pdf

1、煤是地球上儲(chǔ)量最豐富、最廉價(jià)的化石能源，主要用于火力發(fā)電。傳統(tǒng)的燃煤火力發(fā)電技術(shù)能量轉(zhuǎn)換效率低，污染物排放量大，對環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。固體氧化物燃料電池（SOFCs）能將煤高效、清潔地直接轉(zhuǎn)換為電能，是新一代發(fā)電技術(shù)，對解決我國能源短缺和化石能源帶來的環(huán)境污染問題具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　適用于固體氧化物燃料電池的煤基碳燃料的制備技術(shù)是煤基燃料電池發(fā)電技術(shù)的重要組成部分，現(xiàn)階段是制約其應(yīng)用進(jìn)程的重要因素之一。研究并闡明碳燃料的理化

2、性質(zhì)及其對燃料電池電化學(xué)性能的影響，對煤基碳燃料的制備具有重要的指導(dǎo)意義。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其性能。為了研究煤基碳燃料結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性能之間的關(guān)系，本論文采用KOH化學(xué)活化法對煤基碳燃料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，研究碳燃料的理化性質(zhì)對其Boudouard反應(yīng)性的影響，進(jìn)而研究煤基碳燃料電池的電化學(xué)性能。
　　本論文采用KOH法制備出三種不同比表面積的活性煤。研究發(fā)現(xiàn)，具有較大比表面積的碳燃料，一般有較高的Boudouard反應(yīng)性，同時(shí)，碳燃料的

3、微孔比表面積、孔徑分布、表面含氧官能團(tuán)、石墨化度等都是制約Boudouard反應(yīng)性的重要因素。以2067m2g-1活性煤為燃料時(shí)，電池的開路電壓（OCV）為0.877V，最大功率密度51mWcm-2，碳利用率約是以煤為燃料時(shí)的6倍。
　　本論文利用KOH法對冶金焦碳進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，其碳微晶結(jié)構(gòu)、微孔比表面積和含氧官能團(tuán)等理化性質(zhì)都得到顯著改善，較大幅度地提高了Boudouard反應(yīng)活性。以活性焦炭為燃料的OCV為0.97V，最大功率

4、密度155mWcm-2，碳利用率約是焦炭的6倍。結(jié)果表明，焦炭結(jié)構(gòu)的改善對其電化學(xué)性能的提高起著重要作用。
　　本論文在600℃左右熱解煤制得半焦，并對半焦進(jìn)行KOH法處理得到活性半焦。結(jié)果表明，半焦的電化學(xué)性能優(yōu)于煤和焦炭。當(dāng)以半焦為燃料時(shí)，電池的最大功率密度為43.5mWcm-2，碳的利用率約是煤的2.4倍。因此，熱解條件的優(yōu)化是提高煤基碳燃料性能的一種重要手段。
　　總之，研究表明，KOH法處理和結(jié)構(gòu)修飾、熱解處理?xiàng)l件