泛氢燃料质子导体固体氧化物燃料电池研究进展

薛子轩 1,2, 殷超凡1, 姚跃超2, 王彦敏2,3, 孙跃跃1,刘峥嵘1, 周玉存2, 周峻 1, 吴锴 1(1.西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室;2.北京怀柔实验室;3.北京科技大学新材料技术研究院)
摘要: 在全球能源结构转型与碳中和目标驱动下, 质子传导型固体氧化物燃料电池(Proton-conducting Solid Oxide Fuel Cells, P-SOFCs)兼具中低温(400~600 ℃)高效发电、出色的燃料兼容性与高能量转换效率的优势, 成为清洁能源技术的研究热点。本文分析了泛氢燃料P-SOFCs 的发展前景, 围绕泛氢燃料电池技术瓶颈, 聚焦材料设计、反应机制以及表征手段三个核心维度, 综述了碳氢燃料与氨燃料P-SOFCs 体系的研究进展与技术挑战。针对碳氢燃料电池碳沉积问题, 深入探讨了碳沉积的形成机理、表征手段以及影响因素, 指出了重整催化剂改性、质子导体电解质优化和新型电极设计等前沿改进策略; 针对直接氨燃料电池(Direct Ammonia Fuel Cells, DAFCs)性能问题, 系统阐述了催化剂活性、载体种类、氮化腐蚀机制、氢分压、氨气流量以及阳极微结构等关键影响因素; 根据DAFCs的前沿工作, 总结了阳极改性、阳极催化层构筑以及新型电池结构设计等新型改进策略, 为推动泛氢燃料P-SOFCs商业化应用指明未来发展方向。
关键词: 固体氧化物燃料电池;质子导体;碳氢燃料;氨气;综述

目录介绍

1 碳氢燃料 P-SOFCs

1.1 碳氢燃料 P-SOFCs工作原理

1.1.1 水气重整

1.1.2 自热重整

1.1.3 部分氧化

1.1.4 直接氧化

1.2 碳氢燃料 P-SOFCs 的碳沉积问

1.3 碳沉积表征手段

1.3.1 扫描电子显微成像-能谱联用(Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, SEM-EDS)

1.3.2 X 射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)

1.3.3 高分辨率透射电子显微成像(High Resolution Transmission Electron Microscopy,HR-TEM)

1.3.4 程序升温氧化(Temperature-programmed Oxidation, TPO)与程序升温还原(Temperatureprogrammed Reduction, TPR)

1.3.5 拉曼光谱

1.4 碳沉积抑制策略

1.4.1 碳沉积影响因素

1.4.2 抗碳沉积碳氢燃料P-SOFCs发展前沿

2 氨燃料 P-SOFCs

2.1 直接氨燃料 P-SOFCs影响因素

2.1.1 金属催化剂的活性

2.1.2 载体种类

2.1.3 氨气劣化

2.1.4 其他影响因素

2.2 直接氨燃料 P-SOFCs发展前沿

2.2.1 阳极改性

2.2.2 阳极催化层构筑

2.2.3 新型电池结构设计

3 结论

 

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