用于固體氧化物燃料電池的煤基碳燃料研究.pdf

1、煤是地球上儲量最豐富、最廉價的化石能源，主要用于火力發(fā)電。傳統(tǒng)的燃煤火力發(fā)電技術能量轉(zhuǎn)換效率低，污染物排放量大，對環(huán)境造成了嚴重影響。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，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是煤基燃料電池發(fā)電技術的重要組成部分，現(xiàn)階段是制約其應用進程的重要因素之一。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性能的影響，對煤基碳燃料的制備具有重要的指導意義。物質(zhì)的結構決定其性能。為了研究煤基碳燃料結構與其電化學性能之間的關系，本論文采用KOH化學活化法對煤基碳燃料的結構進行修飾，研究碳燃料的理化性質(zhì)對其Boudouard反應性的影響，進而研究煤基碳燃料電池的電化學性能。
　　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反應性，同時，碳燃料的

3、微孔比表面積、孔徑分布、表面含氧官能團、石墨化度等都是制約Boudouard反應性的重要因素。以2067m2g-1活性煤為燃料時，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的6倍。
　　本論文利用KOH法對冶金焦碳進行結構修飾，其碳微晶結構、微孔比表面積和含氧官能團等理化性質(zhì)都得到顯著改善，較大幅度地提高了Boudouard反應活性。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。結果表明，焦炭結構的改善對其電化學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，并對半焦進行KOH法處理得到活性半焦。結果表明，半焦的電化學性能優(yōu)于煤和焦炭。當以半焦為燃料時，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法處理和結構修飾、熱解處理條件