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新的燃料电池技术在固体碳上运行

2019-03-09 09:09:36
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斗地主手机版根据爱达荷州国家实验室研究人员发表的一篇新论文,由固体碳驱动的燃料电池技术的进步可以使煤炭和生物质等资源的发电更加有效。

燃料电池设计融合了三个组件的创新:阳极,电解质和燃料。总之,这些进步使燃料电池的碳利用量是早期直接碳燃料电池(DCFC)设计的三倍。

INL材料工程师董鼎表示,燃料电池的工作温度也比较低,并且比早期的DCFC具有更高的最大功率密度。结果发表在本周的Advanced Materials杂志上。

虽然氢燃料电池(例如,质子交换膜(PEM)和其他燃料电池)通过纯氢和氧之间的化学反应发电,但DCFC可以使用任何数量的碳基资源作为燃料,包括煤,焦炭,焦油,生物质和有机废物。

由于DCFC使用现成的燃料,因此它们可能比传统的氢燃料电池更有效。“你可以跳过生产氢气的能源密集型步骤,”丁说。

但早期的DCFC设计有几个缺点:它们需要高温--700至900摄氏度 - 这使得它们效率降低且耐用性降低。此外,由于这些高温,它们通常由能够处理热量的昂贵材料构成。

斗地主手机版而且,早期的DCFC设计不能有效地利用碳燃料。

丁和他的同事通过设计一种能够在低于600摄氏度的较低温度下运行的真正的直接碳燃料电池来应对这些挑战。燃料电池利用固体碳,将其精细研磨并通过气流注入电池。研究人员通过使用高导电材料(掺杂氧化铈和碳酸盐)开发电解质来解决高温需求。这些材料在较低温度下保持其性能。

接下来,他们通过开发一种三维陶瓷纺织品阳极设计来增加碳的利用率,该设计将纤维束像一块布一样交织在一起。纤维本身是中空的和多孔的。所有这些特征相结合,以最大化可用于与碳燃料的化学反应的表面积。

斗地主手机版最后,研究人员开发出一种由固体碳和碳酸盐制成的复合燃料。“在工作温度下,这种复合材料是流体状的,”丁说。“它很容易流入界面。”

熔融碳酸盐将固体碳带入中空纤维和阳极的针孔中,增加了燃料电池的功率密度。

由此产生的燃料电池看起来像一块绿色的陶瓷手表电池,厚度与一张建筑纸一样厚。一个较大的正方形每边10厘米。根据应用,燃料电池可以堆叠在彼此之上。

该技术具有提高碳燃料(例如煤和生物质)利用率的潜力,因为直接碳燃料电池产生二氧化碳而不会混入燃煤发电厂的烟雾中的其他气体和颗粒。丁说,这使得碳捕获技术的实施变得更加容易。

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