Protonenkeramik-Brennstoffzelle

Nachrichten des China Energy Storage Network: Proton Ceramic Fuel Cell (PCFC) kann Wasserstoff und Kohlenwasserstoff direkt als Brennstoff verwenden, um Strom wie Hochtemperatur-Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) zu erzeugen. Die Brennstoffeffizienz kann mehr als 50% betragen. Die meisten früheren Studien zu direkten Kohlenwasserstoffbrennstoffzellen konzentrierten sich jedoch auf Festoxidbrennstoffzellen, die auf sauerstoffionenleitenden Elektrolyten basieren. Eine Kohlenstoffablagerung (Verkokung) tritt normalerweise auf, wenn solche Brennstoffzellen Kohlenwasserstoffverbindungen und / oder schwefelhaltige Brennstoffe direkt verwenden. Und eine Schwefelvergiftung, die im Laufe der Zeit zu einer starken Verschlechterung der Batterieleistung führt. Obwohl protonenkeramische Brennstoffzellen gute elektrische Eigenschaften und Verkokungseigenschaften aufweisen, wurden sie in früheren Studien nicht systematisch verglichen.

ChuanchengDuan von der Colorado University of Mining and Technology (eine Arbeit, chinesischer Name könnte Duan Chuancheng sein, Abschluss an der Dalian Polytechnic im Jahr 2012, Abschluss am Dalian Institute of Chemical Technology in 1 Jahr) und RyanO'Hayre (Kommunikation) und andere, basierend auf Änderungen in Batteriestruktur Die Protonenkeramik-Brennstoffzelle wurde mit 11 Arten von Brennstoffen getestet und die PCFC wurde systematisch untersucht.

Die Autoren verwendeten direkt 11 unbehandelte Brennstoffe, aber die Brennstoffzellen zeigten eine hervorragende Leistung, insbesondere die Leistung von NH3- und CH3OH-Brennstoffen war selbst nach 1000 Betriebsstunden mit H2S-kontaminiertem Erdgas nahezu nahe an der von reinem Wasserstoff. Die Batterieleistung ist nicht wesentlich gesunken. Die PCFC kann eine höhere Betriebsspannung als die SOFC aufrechterhalten, insbesondere eine hohe Kraftstoffnutzung. Bei allen Kraftstoffen beobachtete PCFC während des Betriebs keine Anzeichen von Verkokung und die Temperatur schwankte nicht stark. In den meisten Fällen betrug die Leistungsverschlechterungsrate der Batterie pro 1000 Stunden <1,5%. Dies liegt daran, dass die PCFC nach dem Hochtemperaturbetrieb in der Elektrolytphase eine gleichmäßige Ni-Nanobeschichtung erzeugt. Diese Beschichtung kann mit BZY (dotiertes Yttriumzirkonat BaZr0,8Y0,2O3 –δ ) zusammenarbeiten, um die Koksproduktion zu hemmen, und sie können auch durch einen selbstreinigenden Schwefelentfernungsmechanismus eine größere Menge an Schwefelvergiftung tolerieren.

Eine weitere Erklärung ist, dass der Elektrolyt von PCFC stark alkalisch ist, während die übliche SOFC saurer ist, so dass der chemische Unterschied der Oberfläche die Leistung der Elektrode stark beeinflussen kann. Die Hydratisierung von BZY / BCY kann das O: C-Verhältnis an der Oberfläche und an der Zweiphasengrenzfläche erhöhen, was zur Erhöhung der Karbonisierungsbeständigkeit beiträgt. Das Vorhandensein von protonenleitenden Keramikpartikeln in der Anode kann auch die Adsorption von Schwefel hemmen und zur Schwefelentfernung beitragen. Studien zur Dichtefunktionaltheorie zeigen, dass COOH (Ni) am wahrscheinlichsten eine von drei kohlenstoffhaltigen Hydroxylspezies auf der Oberfläche von Ni (111) und Ni (211) bildet. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Geschwindigkeit von WGS (Wasser-Gas-Verschiebung) bestimmt, dass die Stufenreaktion die Bildung von COOH (Ni) ist. Die Entfernungsrate von Koks ist direkt proportional zur Geschwindigkeit der COOH (Ni) -Bildung.

Die thermische Stabilität ist entscheidend für die Kommerzialisierung von Brennstoffzellen. Schneller Wärmezyklus von PCFCs unter Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff. Nach jedem Wärmezyklus und allen 32 Wärmezyklen kann die Stromdichte der Batterie auf> 99,5% ihrer ursprünglichen Stromdichte wiederhergestellt werden, was darauf hinweist, dass das PCFC-Batteriematerial sehr stabil ist Die inhärente Temperaturwechselfähigkeit. Die hervorragende Kraftstoffeignung und Langzeitbeständigkeit von PCFC-Geräten auf Ni-BZY-Basis sowie die inhärente Temperaturwechselstabilität unterstreichen die breiten Perspektiven dieser Technologie und das Potenzial für kommerzielle Anwendungen.

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