鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:424次 | 2023年09月07日
目前燃料動(dòng)力電池研究的主流方向有什么?碳酸鹽燃料動(dòng)力電池有前景嗎?
燃料動(dòng)力電池筆直從化學(xué)能(燃料)轉(zhuǎn)換為電能,具有效率高、污染小等優(yōu)勢(shì),近幾年來受到各方面的高度重視。熔融碳酸鹽燃料動(dòng)力電池(MCFC)在高溫下工作(約650C),可以利用排p氣余熱和燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電,因而有更高效率,是目前燃料動(dòng)力電池研究的主流之一。
以往對(duì)MCFC燃料動(dòng)力電池研究取得了許多成果,Proect)2.85MW的MCFC演示工程,上海交通大學(xué)研究成功的15kW的MCFC和正在研究的100kW的MCFC等。盡管如此,作為新一代的能源系統(tǒng),燃料動(dòng)力電池工作機(jī)理的許多方面,無論是電化學(xué)反應(yīng)過程,還是熱量質(zhì)量傳遞過程,無論是電池內(nèi)部氧化劑、燃料的流動(dòng)過程,還是燃料動(dòng)力電池的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性都要進(jìn)一步開展研究,惟有在掌握規(guī)律的基礎(chǔ)上,才能把這些過程組織好,使燃料動(dòng)力電池真正能成為高效清潔的能源系統(tǒng)。
本文的重點(diǎn)是研究MCFC電池的動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性的探索不僅對(duì)燃料動(dòng)力電池本身的溫度分布、流動(dòng)狀態(tài)、性能變化規(guī)律的揭示是非常必要的,而且也為燃料動(dòng)力電池與燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)合形成混合系統(tǒng)供應(yīng)必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文研究的MCFC模型的許多物理參數(shù)是從上海交通大學(xué)燃料動(dòng)力電池研究所15kW的熔融碳酸鹽燃料動(dòng)力電池得到。
MCFC的內(nèi)部特性單體的熔融碳酸鹽燃料動(dòng)力電池一般是平板型的,由電極-電解質(zhì)、燃料流通道、氧化劑流通道和上下隔板組成,見。
燃料動(dòng)力電池的工作過程為:燃料流中的H2在陽)發(fā)生氧化反應(yīng),和電解質(zhì)中的C3-離子用途生成H2O和C2,釋放出電子:+2e,氧化劑流中的O2在陰極(Cathode)和CO2用途,并捕獲電子,生成CO3-進(jìn)入電解質(zhì):(1/2)O2+CO2+2eCO3-,然后CO32-游離擴(kuò)散到燃料流的Anode,補(bǔ)充消耗的CO3'Anode萌生的電子通過外電路結(jié)ICathode,從而構(gòu)成了一個(gè)包括電子傳輸和離子移動(dòng)在內(nèi)的芫整的回路。電化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)度可以用單位時(shí)間內(nèi)電極板-電解質(zhì)上單位面積參加電化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的摩爾數(shù)來表示,即電化學(xué)反應(yīng)率為可以看到電化學(xué)反應(yīng)過程伴隨著強(qiáng)烈的傳質(zhì)過程,上述工作過程已經(jīng)說明了O2、CO2、CO3-、H2O的流向。燃料流中每消耗2g物質(zhì)(瑪),就有60g(1/2O2和CO2)物質(zhì)從氧化劑一側(cè)進(jìn)入電極,形成CO3-,并穿越電解質(zhì),進(jìn)入燃料流變成CO2和H2O,這個(gè)強(qiáng)烈的傳質(zhì)過程對(duì)燃料動(dòng)力電池內(nèi)部熱力學(xué)特性的影響是顯著的。傳質(zhì)強(qiáng)度可以用質(zhì)量傳遞率來表示燃料動(dòng)力電池內(nèi)的熱量萌生和傳遞過程結(jié)合可以分解如下,電池內(nèi)部萌生的熱量包括電化學(xué)反應(yīng)萌生的熱量和電流萌生的電阻熱。電化學(xué)反應(yīng)熱重要是水的生成熱,單位面積電化學(xué)反應(yīng)熱為/mol;DS為生成水的熵變,/(mol.K);7;為電極板-電解質(zhì)的均勻溫度,K.單位面積電流萌生的電阻熱為除了電化學(xué)反應(yīng)熱和電阻熱外,還有燃料流、氧化劑流帶入帶出燃料動(dòng)力電池的熱量。下一節(jié)將建立熱量和質(zhì)量平衡方程,形成燃料動(dòng)力電池動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
單體MCFC微元傳質(zhì)傳熱示意圖MCFC的動(dòng)態(tài)過程數(shù)學(xué)模型3.1概述在燃料動(dòng)力電池內(nèi)部熱能傳遞的方式有:質(zhì)量傳遞引起的傳熱燃料和氧化劑流對(duì)電極-電解質(zhì)和隔板之間的相互對(duì)流傳熱電極-電解質(zhì)和隔板之間的輻射傳熱等。