污泥微波熱解氣為燃料的SOFC積碳控制研究.pdf

1、針對日益緊張的能源形勢，為解決污水污泥處理處置效率低下等問題，實現(xiàn)生物質的高效利用，本文基于污水污泥微波熱解生物質氣，開展以生物質氣為燃料的固體氧化物燃料電池的產電研究。固體氧化物燃料電池(SOFC)是一類將化學能直接轉化為電能的高效發(fā)電裝置，目前阻礙SOFC推廣應用的一大難題是，以碳基燃料氣（CH4、CO、C2H4等）運行電池時，電池陽極產生的碳沉積，會破壞電池結構、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陽極支撐SOFC，基于運行條件及電極材料性能兩大影響因素，開展了操作狀態(tài)優(yōu)化、燃料氣改進、陽極材料改性等方面研究，探討了電池恒流運行的積碳問題，提高了電池運行穩(wěn)定性，使以污泥微波熱解氣為燃料時電池抗積碳性能得到改善。
　　以模擬生物質氣為燃料時，較高的操作溫度與工作電流密度有利于電池減少積碳、提高電池恒流運行穩(wěn)定性；在低溫、低電流密度下，電池運行的穩(wěn)定性較差，此時電池的積碳現(xiàn)象嚴重。同時考察了以氫氣和模擬生物氣為燃料時電池

3、的放電性能，結果表明操作溫度對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，探討了不同比例混合氣的放電性能及積碳行為，結果表明向CH4氣體中添加CO2有助于電池穩(wěn)定運行，在CO2/CH4比例為2時，電池的運行最平穩(wěn)。以模擬生物氣為燃料，提高CO2濃度進行燃料氣改進后，電池的放電性能有所下降，恒流放電穩(wěn)定性得到提升。當模擬生物

4、氣中CO2濃度達到20％時，恒流放電時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，且運行穩(wěn)定性提高，結果表明當水蒸氣比例達到7%時，電池的恒流放電性能優(yōu)于3%的水蒸氣添加比。
　　通過溶膠-凝膠自蔓延燃燒法制備尖晶石型MnFe2O4粉體，以絲網印刷技術在電池陽極制備 MnFe2O4阻擋層，經掃描電子顯微鏡觀測并考察阻擋層電池的電化學性能。結果表明，以模擬生物氣為燃料時，較無阻擋層的空白電池，陽極阻擋層電