鋼渣基催化劑的優(yōu)化復(fù)配及其在DC-SOFCs中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2020-05-08 22:13

【摘要】：固體氧化物燃料電池(SOFCs)是一種不經(jīng)歷燃燒,便可把燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置,因具有效率高、排放低、燃料適應(yīng)性廣等特點(diǎn)而廣受重視。氫氣、一氧化碳、煤層氣等氣體燃料,液態(tài)飽和烴類、甲醇等液體燃料以及固體活性炭、生物質(zhì)碳等燃料,都可應(yīng)用于SOFCs中發(fā)電。其中,固體碳燃料具有運(yùn)輸與儲(chǔ)藏便利、較高的體積能量密度、較高的安全性、陽極尾氣中高濃度CO_2易捕集等優(yōu)點(diǎn)。直接使用固體碳為燃料的固體氧化物燃料電池(direct carbon solid oxide fuel cell,DC-SOFC)是一種極具潛力的清潔發(fā)電技術(shù),對(duì)解決我國燃煤火電導(dǎo)致的環(huán)境問題意義重大。碳與CO_2的反應(yīng)(C+CO_2=2CO),即逆Boudouard反應(yīng),是DC-SOFCs的關(guān)鍵反應(yīng)之一。鋼渣是一種工業(yè)廢棄物,其所含有的多種金屬元素,對(duì)Boudouard反應(yīng)具有催化作用。本文中,我們以鋼渣為原料,設(shè)計(jì)了一種無污染物排放、無廢棄物排放、簡單高效的三元復(fù)合Boudouard反應(yīng)催化劑的制備及擔(dān)載方案;采用正交實(shí)驗(yàn)法,篩選、制備了一種鐵、鈣、鉀摩爾比為2:6:4的復(fù)合催化劑,將其以10wt%的擔(dān)載量擔(dān)載在石墨上,用于催化石墨的逆Boudouard反應(yīng);隨后,將燃料裝入DC-SOFC中進(jìn)行電化學(xué)性能測試,結(jié)果顯示:900℃時(shí),電池峰值功率密度從50 mW cm~(-2)增加到170 mW cm~(-2);850℃時(shí),電池的恒電流放電時(shí)間從6000 s左右延長至18000 s左右,燃料利用率從2.68%增加到了7.30%,證明了復(fù)合催化劑的優(yōu)越性。隨后,提出DC-SOFCs恒電流放電四個(gè)階段的,并通設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),對(duì)電池放電電流和放電溫度進(jìn)行調(diào)控,初步證明了此設(shè)想的正確性;以核桃殼及其炭化產(chǎn)物為燃料,證明了此設(shè)想對(duì)于碳燃料的廣泛適用性。
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