以污泥高溫?zé)峤馍镔|(zhì)氣為燃料的SOFCs產(chǎn)電與抗積碳研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFCs）是一種可直接轉(zhuǎn)化燃料中化學(xué)能成為電能的電化學(xué)裝置，具有燃料利用范圍廣、能效高與應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)。污水污泥利用微波技術(shù)高溫?zé)峤饪梢援a(chǎn)出大量的生物質(zhì)氣，其氣體組分以氫氣與含碳?xì)怏w為主。SOFCs可利用生物質(zhì)氣中的氫氣高效產(chǎn)電，但含碳?xì)怏w的存在卻易造成SOFCs陽(yáng)極的積碳，含碳?xì)怏w利用時(shí)的碳沉積問(wèn)題已成為阻礙生物質(zhì)氣結(jié)合SOFCs產(chǎn)電資源化利用的難點(diǎn)與關(guān)鍵。
　　本課題針對(duì)污泥高溫?zé)峤馍镔|(zhì)氣作為SOFCs

2、陽(yáng)極燃料時(shí)的碳沉積問(wèn)題，以模擬生物質(zhì)氣為燃料，首先利用流延技術(shù)制備的傳統(tǒng)型鎳-氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（Ni-YSZ）陽(yáng)極支撐SOFCs考察了產(chǎn)電效能與碳沉積機(jī)制；然后采用銀浸漬工藝對(duì)Ni-YSZ陽(yáng)極進(jìn)行改性，研究了陽(yáng)極改性后SOFCs產(chǎn)電與抗積碳效能；最后使用浸漬技術(shù)制備的新型鑭鈣鐵鈮陽(yáng)極SOFCs開(kāi)展了產(chǎn)電與抗積碳研究。
　　在以生物質(zhì)氣為燃料的Ni-YSZ陽(yáng)極SOFCs產(chǎn)電與碳沉積中的研究表明：污泥高溫?zé)峤馍镔|(zhì)氣是Ni-YSZ陽(yáng)極

3、支撐SOFCs優(yōu)異的燃料之一。SOFCs以生物質(zhì)氣為燃料的最大放電功率是以H2為燃料時(shí)的90.5％，恒流產(chǎn)電時(shí)陽(yáng)極的碳沉積引起了電池輸出電壓在先下降后穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，掃描電鏡表征表明電池碳沉積主要集中在陽(yáng)極表面與陽(yáng)極室的交匯處。
　　在以生物質(zhì)氣為燃料的Ag改性Ni-YSZ陽(yáng)極SOFCs產(chǎn)電與抗積碳研究中表明：改進(jìn)的Ag/Ni-YSZ陽(yáng)極不僅提升了以H2為燃料時(shí)的放電功率，而且提高了CH4為燃料時(shí)的抗積碳能力。電池以生物質(zhì)氣為燃料

4、時(shí)的最大放電功率密度變化較小。恒流運(yùn)行時(shí)，縮短了恒流輸出電壓的初始下降段時(shí)長(zhǎng)，提升了穩(wěn)定期的輸出功率，減少了陽(yáng)極表面碳沉積厚度。Ag改性陽(yáng)極對(duì)碳?xì)錃獯呋脵C(jī)制的改變是陽(yáng)極抗積碳的主要原因。
　　在以生物質(zhì)氣為燃料的新型鑭鈣鐵鈮陽(yáng)極SOFCs產(chǎn)電與抗積碳研究中表明：鈮摻雜提高了鑭鈣鐵的晶體穩(wěn)定性，X射線衍射表征證明鑭鈣鐵鈮材料在900℃高溫還原氣氛下仍可保持穩(wěn)定不分解。Nb5+的摻雜限制了高溫還原氣氛下Fe3+向Fe2+的轉(zhuǎn)化，是

5、材料穩(wěn)定性提高的重要原因。放電試驗(yàn)表明，鑭鈣鐵鈮陽(yáng)極對(duì)H2和CO具有高催化性能，而對(duì)CH4催化性能較低，其中以La0.9Ca0.1Fe0.9Nb0.1O3-δ(LCFNb0.1)材料的性能最為優(yōu)秀。750℃時(shí)，含LCFNb0.1陽(yáng)極SOFC以生物質(zhì)氣為燃料時(shí)的最大功率密度為0.336W/cm2；恒流運(yùn)行時(shí)，輸出電壓初始下降期較短且電壓下降量較小，穩(wěn)定期的輸出功率約為H2為燃料時(shí)的72.5%。鈮摻雜鑭鈣鐵陽(yáng)極對(duì)燃料的選擇性催化作用使SOF