直接碳燃料电池是一种使用富碳材料作为燃料的燃料电池。它将碳的化学能通过燃料电池直接转化为电能,其发电效率是燃煤热电站发电效率的2-3倍。直接碳燃料电池的优点在于：理论效率接近100%,碳燃料的能量密度高,污染物排放少,电池结构简单,且煤,石油焦,生物质,有机垃圾等都可以作为碳燃料。对整个燃料电池体系来说阳极反应能否顺利进行无疑是重点,阳极反应则取决于燃料碳与阳极的结构特点。本论文依据固体氧化物燃料电池原理与流化床原理,并将固体氧化物燃料电池与熔融碳酸盐燃料电池相结合,自行设计组装了直接碳燃料电池单电池,对碳燃料与电池阳极进行改性研究。通常基于固体氧化物燃料电池机理的直接碳燃料池运行温度大约在1000℃左右,但Boudouard reaction副反应在700℃时便已经发生,因此需要经济和有效的方法降低反应温度。本论文采用化学法(硝酸氧化和插层氧化)与物理法(高能球磨)对提高无定形碳(木炭)和石墨的电化学氧化活性进行了深入研究。实验结果表明,高能球磨预处理后的木炭比表面积呈现先增大,随着球磨时间的延长后下降的变化趋势,但木炭的粒径随着球磨时间的增加而逐渐降低；程序升温氧化测试显示木炭的化学活性增强。经过高能球磨的石墨原料,比表面积随球磨时间的延长而持续上升,晶格排列从有序向无序过渡。硝酸处理后的石墨样品层结构变得松散。插层氧化处理后的石墨样品具有高比表面积和高的化学反应活性。为了提高燃料与阳极的接触性,使用NiO/CeO2复合陶瓷纳米线材料通过静电纺丝工艺制备网状阳极,利用二氧化锡材料通过化学气相沉积的方法制备针状阳极。网状阳极采用先通过制备PVP/NiCl2/(NH4)2Ce(NO3)6有机-无机复合膜,1000℃煅烧除去有机组分,最终得到复合陶瓷纤维,其直径平均在100 nm左右。针状阳极利用二氧化锡先还原成氧化亚锡,氧化亚锡再歧化分解的方法制备,使用气液固(Vapor-Liquid-Solid; VLS)生长机理得到的纳米线平均直径为100 nm。使用气固(Vapor-Solid; VS)生长机理制备的二氧化锡纳米线直径分布较宽,且具有核壳结构。并使用COMSOL3.5a对阳极改性与原料预处理进行计算机实验,定性的验证了处理后的单电池性能显著提高。