【摘 要】
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直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)可直接使用固体碳作燃料,因其燃料来源广、效率高等显著优点受到各国学者的广泛关注,为清洁安全高效利用煤炭和各种生物质提供了新思路和技术手段。大量研究证明固体碳由于Boudouard反应所产生的CO才是DC-SOFC真正的燃料,然而燃料气体CO的不足是造成电池性能下降的关键因素之一。Bouduouard反应为吸热反应,对温度非常敏感,而DC-SOFC中低温区限
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直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)可直接使用固体碳作燃料,因其燃料来源广、效率高等显著优点受到各国学者的广泛关注,为清洁安全高效利用煤炭和各种生物质提供了新思路和技术手段。大量研究证明固体碳由于Boudouard反应所产生的CO才是DC-SOFC真正的燃料,然而燃料气体CO的不足是造成电池性能下降的关键因素之一。Bouduouard反应为吸热反应,对温度非常敏感,而DC-SOFC中低温区限制了Boudouard反应速率,降低了DC-SOFC性能。1、目前,很少有研究者通过设计DC-SOFC来提高Boudouard反应。为了提高低温区的Boudouard反应速率,本文首先提出一种在阳极碳室内置导热棒的DC-SOFC,探讨了导热棒热导率、半径和碳室孔隙率等参数对DC-SOFC的影响规律。结果表明:阳极碳室内置导热棒能快速地将热量从电池顶部传到底部,从而大幅度提高碳室最低温度和最小CO质量分数,使DC-SOFC获得更均匀的温度分布和CO分布,有利于DC-SOFC的长期稳定运行;阳极碳室内置的导热棒还可在大范围的操作电压下显著提高Boudouard反应速率和电池性能,在高导热棒的热导率或者低操作电压下优势更加明显;2、在阳极碳室内置导热棒的基础上,为了提高空气入口处电池温度,考虑到空气流动方式的影响,提出一种内置空气翅片使空气入口和出口在一端的DC-SOFC,分析了空气流动方式对DC-SOFC性能影响,并进一步探究了空气翅片热导率、位置及尺寸等参数的影响规律。研究发现:高温流出空气通过空气翅片加热低温流入空气,提高了空气入口处的电池温度,有翅片DC-SOFC的最低温度和最小CO质量分数相较无翅片DC-SOFC大幅提升,更加均匀的温度场和组分场有利于减小热应力,为维持DC-SOFC的稳定运行提供了保障。此外,与内置导热棒DC-SOFC相比,内置空气翅片DC-SOFC进一步提高了Boudouard反应速率和电池性能;低热导率、小尺寸的空气翅片以及其较小的空气入口流道宽度更有利于提高DC-SOFC性能。
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