本文1113字,阅读约需3分钟 摘 要:直接碳燃料电池(DCFC)有望成为有效利用碳资源的有用装置。本文提出一种圆柱形熔融碳酸盐DCFC(TMC-DCFC),并对其基本性能进行了研究。此外,还建立了一种制造TMC-DCFC的方法。 TMC-DCFC的性能分析结果表明,与平面MCFC相比,其阳极过电压极大。但是,在100mA/cm2时,TMC-DCFC的电压效率为74.6%,能量转换效率较高。在800℃下进行连续发电试验后证实,TMC-DCF实现了约1.0V和100mW/cm2的24小时稳定发电。阳极出口检测到大量CO,可以认为是由燃料中的固体碳与阳极产生的CO2之间的反向布多阿尔反应生成的。 根据所消耗的碳进行计算后可知,TMC-DCFC的电效率为26.6%。这些结果显示了TMC-DCFC的现状,将有助于电池性能的提高。 关键字:直接碳燃料电池、圆柱形电池、熔融碳酸盐、生物质、废物转化 为了实现低碳社会,需要生物质等有效利用技术,但现有的生物质发电系统在数十kW规模下的发电效率最高为30%左右。此外,近年来,碳循环技术不断被开发,未来也有可能将固体碳用作燃料。另一方面,直接碳燃料电池(DCMC)虽有望作为数十kW以下的小规模且高效率的发电技术,但是在固体碳燃料的供给和发电性能等方面仍存在课题,因此尚未被实用化。 制作圆柱形熔融碳酸盐DCFC(圆柱形DCFC)作为能够解决燃料供给等现有课题的新DCFC,并评估其基本发电特性。 1.圆柱形DCFC的制作 基于日本能源技术研究所的独特技术、即圆柱形熔融碳酸盐燃料电池(圆柱形MCFC)的制造方法,制作了可插入构成发电装置的燃料槽中的圆柱形DCFC(图1)。由此,能够连续供给固体碳燃料和氧化剂气体(图2)。 图1 所制圆柱形DCFC的电池结构 图2 圆柱形DCFC的发电装置图 2.圆柱形DCFC的基本发电特性评估 为了评估圆柱形DCFC的基本发电特性,使用固体碳燃料(活性炭)与Li/Na碳酸盐混合的燃料混合物进行发电试验。 ●根据MCFC性能参数[1]分析所得圆柱形DCFC的性能,结果表明,尽管与MCFC相比,DCFC的阳极过电压较大(图3),但在电流密度为100mA/cm2时的电压效率注1)为74.6%,电池性能非常高。 注1)电压效率=电池电压/开路电压×100[%] 图3 平板形MCFC与圆柱形DCFC的性能分析结果的比较 ●在800℃下进行连续发电试验,圆柱形DCFC与现有DCFC(电池电压0.40-0.95V左右,输出密度20-70mW/cm2左右)相比,可实现更高的电压(1.0V)和输出密度(约100mW/cm2)(图4),以及24小时稳定发电。 图4 与现有DCFC文献报告的连续发电时的输出比较 3.圆柱形DCFC的发电效率估算 进行估算后可知,相对于所消耗的固体碳的热量(100%),圆柱形DCFC的发电效率(直流发电端)为26.6%(图5),除发电反应外,吸热反应也会生成CO,存在消耗固体碳的问题。 图5 以连续发电试验为基础的圆柱形DCFC的能量收支 未来的目标为,在圆柱形DCFC中,通过优化温度等运行条件来抑制CO生成反应等,从而提高发电效率。 参考文献: [1] H. Morita et al.. Performance analysis of molten carbonate fuel cell using a Li/Na electrolyte. J. Power Sources. 2002, vol. 112, p. 509-518. 翻译:李释云 审校:李涵、贾陆叶 统稿:李淑珊 ●专栏:Fuel Cells in 2070 | 以DMFC为中心,展望50年后的甲醇和燃料电池 ●专栏:Fuel Cells in 2070 | 磷酸燃料电池(PAFC)的现状和未来展望 |
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