甲烷为燃料SOFC性能研究及阳极改性试验

【摘要】：固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种高温操作的全固态能量转换装置,具有污染少、效率高、不需要贵重金属催化剂等特点,因此在能源日益紧张的今天受到了格外的重视。但迄今为止,SOFC仍然有许多基础问题尚未妥善解决。 结合SOFC研究现状,本文主要研究了以甲烷为燃料的SOFC的电性能和Ni基与Ni基/碱土族金属氧化物阳极材料上CH_4和CO_2的重整反应。本文的主要工作和结论如下: (1) 对不同条件下CH_4为燃料的Ni-YSZ/YSZ/LSM电解质支撑SOFC的性能进行了测试。总体来讲,SOFC的性能随着温度和甲烷压力的升高而升高。通入稀释气体He后,阳极的电池性能比常压下纯甲烷为燃料时有了较大提高,且反应机制由甲烷的部分氧化转变为完全氧化。电池性能随载气He气浓度的升高,先提高后下降。当载气He浓度为85%时,电池输出功率最大。与N_2相比,使用小分子稀有气体He作载气的时候电池的性能较高 (2) 以CO_2和CH_4为燃料,在Ni-YSZ/YSZ/LSM电解质支撑的SOFC上测试电池性能,利用气相色谱仪(GC)在线检测尾气成分,结合阳极可能发生的化学反应,探究积碳的主要原因。对不同CO_2/CH_4进料比的情况进行了研究:随着进料比的增大,电池的性能逐渐升高,然后又降低。由此推断出,在进料比逐渐增大的过程中,积碳速率曲线出现了拐点,拐点处对应的进料组成能最大限度的缓解积碳作用,本文最佳进料比为CO_2/CH_4=1.67。对阳极积碳—消碳的研究表明:积碳对阳极催化活性造成的损失是不可逆的,CO_2对积碳有抑制作用,但是不能完全消除CH_4裂解产生的积碳。 (3) 制备添加不同碱土和稀土族金属氧化物的电池并测试其性能,结果表明:Ni+YSZ电池添加CaO后电性能略有下降,但长时间运行后表明,CaO在阻止积碳形成和促进重整反应进行方面仍具有一定效果;Ni+CeO_2电池运行时电性能最高,具有更好的催化活性和较小的界面阻抗,对积碳的抑制作用也很好,可以保证电池阳极在CH_4—CO_2系统中长时间运行后仍保持良好的催化活性;Ni+MgO电池长时间运行后电性能下降最少,MgO是抑制积碳最有效助剂之一。 【关键词】：固体氧化物燃料电池 CH_4直接氧化 CO_2重整CH_4 积碳 Ni基/碱土-稀土族金属氧化物阳极
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-30
• 1.1 固体氧化物燃料电池(SOFC)概述12-15
• 1.1.1 SOFC工作原理12-13
• 1.1.2 SOFC的组成和结构类型13-14
• 1.1.3 SOFC阳极材料的要求14
• 1.1.4 SOFC研究现状14-15
• 1.2 甲烷在SOFC中的应用15-24
• 1.2.1 甲烷直接电化学氧化15-17
• 1.2.2 稀释气体的作用17-18
• 1.2.3 甲烷的二氧化碳重整18-24
• 1.3 CH_4—CO_2重整反应阳极材料的研究24-29
• 1.3.1 Ni-YSZ金属陶瓷阳极材料24-26
• 1.3.2 CH_4-CO_2重整反应时阳极材料26-29
• 1.4 本论文研究思路及主要研究内容29-30
• 2 阳极改性单电池的研制及试验装置30-42
• 2.1 阳极改性单电池的研制30-34
• 2.1.1 实验材料和仪器30-31
• 2.1.2 电池的制备31-34
• 2.2 电池电性能测试装置34-37
• 2.2.1 电池反应器结构34
• 2.2.2 实验装置示意图及实验装置实物图34-35
• 2.2.3 关于试验装置的说明35-37
• 2.3 分析及表征手段37-42
• 2.3.1 气相色谱分析方法37-41
• 2.3.2 扫描电子显微镜41-42
• 3 甲烷直接氧化电性能研究42-51
• 3.1 反应条件对电池性能的影响42-45
• 3.1.1 电池性能随温度的变化42-44
• 3.1.2 电池性能随压力的变化44-45
• 3.2 稀释气体对电池性能的影响45-50
• 3.2.1 添加稀释气体对电性能的影响45-48
• 3.2.2 不同浓度稀释气体的影响48-49
• 3.2.3 不同稀释气体的影响49-50
• 3.3 本章小结50-51
• 4 CO_2-CH_4重整反应性能研究及阳极改性试验51-69
• 4.1 CO_2的消碳作用及进料比对电性能的影响51-62
• 4.1.1 理论上可能发生的化学和电化学反应51-52
• 4.1.2 甲烷的裂解反应52-53
• 4.1.3 CO_2在重整反应中的消碳作用53-56
• 4.1.4 CO_2／CH_4进料比选择实验56-59
• 4.1.5 阳极积碳—消碳研究59-62
• 4.1.6 试验结果与分析62
• 4.2 CH_4-CO_2重整反应阳极材料改性试验62-68
• 4.2.1 添加碱土／稀土族金属氧化物电池的制备63
• 4.2.2 电池性能评估试验63-66
• 4.2.3 试验结果与分析66-68
• 4.3 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书77

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

稀土元素掺杂的（SrMnO_3）n（SrO）（n-1,2）的制备及电化学性质研究    张国英

重稀土助剂改善甲烷水蒸汽转化催化剂抗析炭性能的机理研究    刘光明,邱发礼,郭慎独

Ni/γ-Al_2O_3催化剂上CH_4-CO_2重整体系中积碳消碳的研究    许峥,张鎏,张继炎

Ni/Al_2O_3催化剂上CH_4部分氧化制合成气反应积碳的原因    李春义,余长春,沈师孔

甲烷二氧化碳重整制合成气的镍基催化剂性能 Ⅱ.碱性助剂的作用    许峥,李玉敏,张继炎,张鎏,何菲

固体氧化物燃料电池材料的开发    阎景旺,程谟杰,衣宝廉

中低温固体氧化物燃料电池研制    许兴燕,夏长荣,彭定坤,孟广耀

高温型燃料电池的甲烷重整方式    王毓娟,林维明

甲烷在固体氧化物燃料电池阳极氧化性能研究    马紫峰,黄碧纯,廖小珍,冷拥军

天然气和二氧化碳转化制合成气的研究Ⅲ．催化剂抗积炭性能    史克英，徐恒泳，商永臣，范业梅，徐国林

Ni/γ-Al_2O_3,Ni/MgO,Ni/SiO_2催化剂上甲烷与二氧化碳重整反应的研究    纪敏,周美娟,毕颖丽,甄开吉,吴越

以CH_4-H_2O、H_2-CO为燃料的固体氧化物燃料电池发电性能研究    毛晓峰

甲烷催化转化制合成气镍基催化剂的研究    邱业君

氢能与质子交换膜燃料电池    陈海清,王金全,薛洪熙,王文平,王强

CH_4-CO_2转化制合成气催化反应及其进展    叶青,陈永宝,金钧,王道

天然气、CO_2转化制合成气催化反应性能的研究──(Ⅰ)催化反应性能的研究    叶青,金钧,王道,武少华,沈忱,周克斌

天然气、CO_2重整催化反应的研究(Ⅱ)──积炭的防止    叶青,郭中信,陈永宝,周志清,徐恒泳,徐国林

燃料电池技术及其在潜艇动力方面的应用前景    彭澎

天然气一段转化催化剂的研究现状及延长其使用寿命的要点    谢天;张务实;

CO_2重整甲烷制合成气催化剂六铝酸盐LaNi_yAl_(12-y)O_(19-δ)的研究    徐占林,毕颖丽,甄开吉

用不同前驱体制备的Co/SiO_2催化剂的结构及其CO_2/CH_4重整反应性能    黄传敬,郑小明,费金华

稀土Ce对制合成气用Ce-Ni/Al_2O_3催化剂活性和稳定性的影响    宋一兵,余林,孙长勇,叶飞,方奕文,林维明

CeO_2和Co_3O_4助剂对镍基催化剂上CH_4积碳和CO_2消碳性能的影响    杨咏来,李文钊,徐恒泳

固体氧化物燃料电池电特性的建模和控制设计    邓忠华;李曦;

镍基上CH_4-CO_2重整中[OH]与[O]催化的量化研究    徐文媛;龙威;杜瑞焕;李敏;孙世俊;

我国燃料电池技术发展现状概述    余沛亮;

用作SOFC连接体部件的铁素体合金钢材料研究    韩敏芳;杨翠柏;彭苏萍;

低温燃烧合成La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-α)及其电性能    宿新泰;燕青芝;葛昌纯;

新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究    黄端平;徐庆;陈文;张枫;

Ni-YSZ/YSZ/LSM固体氧化物燃料电池反应机理的Monte Carlo模拟    王远洋;李俊;

微波合成法制备纳米铁酸镧及其在中温固体氧化物燃料电池中应用    孙克宁;

稀土助催化剂对CO_2重整CH_4反应的作用    陈娟荣;黎先财;赖志华;魏元珍;屈芸;

CeO_2对CH_4-CO_2重整Ce-Rh／Al_2O_3催化剂抗积碳性能的影响    王锐;徐恒泳;李文钊;

纳米碳纤维的批量制备技术与装置研究    张勇

晶格氧部分氧化甲烷制取合成气的基础研究    魏永刚

掺杂六铝酸盐催化剂上甲烷二氧化碳重整反应研究    李菁

硫化物半导体发光纳米晶和稀土荧光纳米颗粒的制备、表征及应用研究    李岳彬

中温固体氧化物燃料电池复合连接材料的制备与性能研究    丁岩芝

透氧膜反应器焦炉煤气重整制氢催化剂研究    杨志彬

超细TiO_2及其复合粉体的制备、表征与光催化性能研究    赵金伟

铑基催化剂上甲烷二氧化碳重整反应的研究    钱林平

微细通道内甲烷湿空气低温自热催化重整反应理论分析及实验研究    赵柳洁

新型纳米催化材料的设计、制备及应用研究    翟晶

燃气轮机化学回热循环燃料转化技术研究    徐长松

20kW燃料电池动力装置系统研究    石非

合成气制天然气镍基催化剂的研究    胡贤辉

基于J-103H催化剂的合成气甲烷化研究    徐超

新型石墨基复合材料双极板的制备    张世渊

滑动弧放电等离子体重整燃料制氢实验研究    颜士鑫

阳极负载IT-SOFC电解质薄膜的制备及性能研究    林航昇

二氧化碳加氢直接合成二甲醚中双功能催化剂的制备及活性研究    别良伟

纳米TiO_2/SPI复合物的制备和保鲜性能研究    张莉

电催化氧化溶液硫化物的基础研究    劳国洪

流延浸渍法制备Cu-CeO_2-YSZ固体氧化物燃料电池阳极    乔金硕;孙克宁;张乃庆;周德瑞;

甲烷在固体氧化物燃料电池阳极氧化性能研究    马紫峰,黄碧纯,廖小珍,冷拥军

LaSrMO_4复合氧化物的结构及其己烷完全氧化性能    钟华;曾锡瑞;

A_2BO_4类钙钛矿型复合氧化物在催化领域的应用研究进展    张雪黎;罗来涛;

CeO_2的加入对(ZrO_2)_(0.86)(MgO)_(0.14)陶瓷电导率的影响    梁广川,刘文西,陈玉如

固体氧化物燃料电池阳极材料研究及其在高温水电解制氢方面的应用    张文强;于波;张平;陈靖;徐景明;

Mn的掺入对LaSrCo_(1-x)Mn_xO_4催化剂催化性能的影响    钟华;曾锡瑞;

中温固体氧化物燃料电池阳极基底及负载型电解质薄膜的研制    阎景旺,董永来,于春英,江义

Nd_(2-x)SrxCoO_(4±λ)催化剂的合成及NO还原性能的研究    钟华;罗来涛;杨小毛;邵光新;

Structural and Electrical Properties of Layered Pervoskite Manganites Nd_(2-2x)Sr_(1+2x)Mn_2O_7 (x=0.25, 0.3, 0.4)    裴健;陈刚;赵勇;线恒泽;

A_2BO_4（B=Cu，Mn）型复合氧化物的电化学性质研究    孙丽萍

中温固体氧化物燃料电池材料制备及电池性能研究    刘荣辉

甲烷水蒸汽反应动力学的研究——Ⅰ.内外扩散影响的消除    邱发礼,吕绍洁,邱家明,冉隆林,张量渠,傅锡玉

轻油水蒸汽转化镍催化剂中助剂氧化镁的作用    黄星亮,时其昌,张鎏

锂对于γ-Al_2O_3表面酸中心的调变作用及其积炭性能的影响    张涛,臧璟龄,胡爱华,林励吾

制备方法对Ni/MgO/Al_2O_3在甲烷与二氧化碳重整反应中催化性能的影响    索掌怀,徐秀峰,马华宪,安立敦

不同前驱物对Ni催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应的影响    季亚英,李文钊,徐恒泳,陈燕馨,于春英,于丰云

流化床反应器中Ni/γ-Al_2O_3催化剂上甲烷部分氧化制合成气    季亚英,李文钊,徐恒泳,陈燕馨

天然气-二氧化碳-水蒸气-氧转化制合成气的研究——稀土助剂的作用    史克英,徐恒泳,张桂玲,王玉忠,徐国林,韦永德

稀土Ce对制合成气用Ce-Ni/Al_2O_3催化剂活性和稳定性的影响    宋一兵,余林,孙长勇,叶飞,方奕文,林维明

CeO_2和Co_3O_4助剂对镍基催化剂上CH_4积碳和CO_2消碳性能的影响    杨咏来,李文钊,徐恒泳

Ni／Al_2O_3催化剂上甲烷部分氧化制合成气    路勇,邓存,丁雪加,沈师孔

固体氧化物燃料电池致密电解质薄膜制备技术    尹艳红,李少玉,杨书廷,夏长荣,孟广耀

采用碳氢燃料的SOFC阳极的研究进展    尹艳红;李少玉;杨书廷;夏长荣;孟广耀;

固体氧化物燃料电池简介    王绍荣;

美国Bloom energy公司推出固体氧化物燃料电池微型电站    贾旭平;

论固体氧化物燃料电池在我国未来能源体系中的作用及发展现状简述    陈慧;赵秋堂;

固体氧化物燃料电池的研究进展    张士军;魏亦军;

固体氧化物燃料电池阳极的制备及表征    李松波;李国祥;

钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展    高展;张萍;高瑞峰;黄建兵;毛宗强;

固体氧化物燃料电池的系统结构及其研究进展    侯丽萍;张暴暴;

低温固体氧化物燃料电池研究进展    毛宗强;黄建兵;王诚;刘志祥;

镓酸镧基固体电解质的凝胶浇注法制备及其电化学性能研究    查少武;高建峰;陈西林;彭定坤;孟广耀;

Ni负载量对Ni-YSZ上氢氧电化学性能影响规律的MC模拟    李俊;王远洋;

玻璃陶瓷用作固体氧化物燃料电池封接材料    韩敏芳;王玉倩;王琦;彭苏萍;

流延法制备La_(0.9)Sr_(0．1)Ga_(0．8)Mg_(0．2)O_(3-δ)电解质薄膜    张乃庆;孙毅兵;孙克宁;贾德昌;周德瑞;

预烧后的YSZ粉体对Ni/YSZ阳极性能的影响    贾莉;吕喆;陈孔发;沙雪清;李国卿;苏文辉;

固体氧化物燃料电池发展及展望    韩敏芳;尹会燕;唐秀玲;彭苏萍;

固体氧化物燃料电池直接氧化阳极研究进展    乔金硕;孙克宁;张乃庆;周德瑞;

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池阳极研究进展    刘江;Scott A Barnett;

固体氧化物燃料电池Pr(Sr)MnO_3-SSZ复合阴极性能的初步研究    聂怀文;郑锐;李松丽;王绍荣;温廷琏;

基于固体氧化物燃料电池的分布式冷热电联供总能系统    韩吉田;于泽庭;

21世纪的绿色能源——固体氧化物燃料电池    查少武 杨蔚光 夏长荣 孟广耀

燃料电池 21世纪的清洁发电技术    太原理工大学洁净化工研究所 郝晓刚 孙彦平

燃料电池——21世纪的清洁发电技术    郝晓刚 孙彦平

我国燃料电池研究驶入发展快车道    祝同华 秦伟

直接运用最新技术是捷径    本报记者 岳琳

稀土催化材料的应用进展（二）    钟希

化学反应能量直接变换电能    张曙光 洪锋

可用拖拉机拖走的燃料电池电站    

美研究发现稀土氧化物可使燃料电池工作温度降低    

燃料电池： 百万次“充电”不是梦    

阳极负载新型复合电解质中温固体氧化物燃料电池的研制及其性能研究    毕忠合

ScSZ电解质及其在IT-SOFCs中的应用    王振卫

平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟    汤根土

固体氧化物燃料电池传热传质模型研究    贾俊曦

固体氧化物燃料电池的性能优化    姜彩荣

固体氧化物燃料电池的电解质纳米粉和薄膜制备方法研究    辛显双

SOFC阳极甲烷直接氧化电催化剂的研究    王毓娟

低成本制备氧化锆薄膜燃料电池的研究    贾莉

中温固体氧化物燃料电池的制备与表征    马建军

双掺杂CeO_2和LaGaO_3电解质的制备及性能研究    沙雪清

甲烷为燃料SOFC性能研究及阳极改性试验    鲁楠

新型复合阴极和薄膜电解质对氧化铈基电解质中温固体氧化物燃料电池性能的改善    张继东

湿化学法合成固体氧化物燃料电池阴极材料的结构与性能    杨硕

固体氧化物燃料电池平板和圆筒单体电势场数值模拟    吴努斌

不同阳极支撑体上钐掺杂氧化铈电解质膜的制备与性能    刘杰

固体氧化物燃料电池阴极材料La_（1-x）Sr_xCuO_（3-δ）的制备及性能研究    郑敏章

用于固体氧化物燃料电池的铁掺杂YSZ复合电解质与电极的制备及性能研究    高鸿波

固体氧化物燃料电池LSM-LSC复合阴极的制备与研究    侯志芳

固体氧化物燃料电池阳极材料Ni-SDC和Ni-GDC的制备及性能研究    张代生

中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备及性能研究    高阳