新能源材料-SOFC 固体氧化燃料电池-董德华.ppt

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1、SOFC及其阳极材料固体氧化物燃料电池（SOFC）工作原理阳极氧离子固体电解质阴极内重整CH4H2OCOCO2H2H2OO2电子SOFC的独特优点全固态结构：避免液态电解质易腐蚀和易流失；全陶瓷材料:操作温度高，活化极化电势低，不需Pt等贵金属作催化剂；可充分利用我国丰富的稀土资源燃料适用范围广：氢气、天然气、煤气等适用范围广：既可以用做固定电源（小型电站），又可以用做小型移动电源能量转换效率高：最佳的热电联供系统总效率可高达85%;积木性强：总装机容量、安装位置灵活方便。传统发电与燃料电池发电污染率比较（kg/MWh电

2、能）80062036018122773101022212701.50.20.1煤石油天然气燃料电池CO2SO2CXHYNOX粉尘SOFC——21世纪的清洁能源不同发电方式效率比较SOFC——21世纪的清洁能源10kW100kW1MW10MW100MW效率（%）发电量内燃机燃料电池燃料电池/涡轮机联用气体涡轮机蒸汽涡轮机从燃料到燃料电池过程比较全部转变为CO、H2部分转变为CO、H2CO转变为H2除去所有CO富H2气体纯氢液体碳氢化合物天然气煤蒸发脱硫除尘气化SOFCAFCPEMFCPAFCMCFCSOFC——21世纪的清

3、洁能源SOFC应用市场从传统高温SOFC到中温CMFC5kW电池堆系统（系统温度、燃料利用率实施全程监控）：SOFCsFederalBank~900°C热气增湿器水废气供暖燃料空气检测-显示控制-记录DC/AC转换及控制最新结果：德国Juelich研究中心60片阳极支撑电池堆氢燃料13.3kW0.61W/cm²267A@49.86V0.74A/cm²@0.831V/cell甲烷为燃料11.9kW0.55W/cm²266A@44.59V0.73A/cm²@0.743V/cellheight53cmwidth35cmDeg

4、radationrate1%/1000hinJuelichSOFCstacks6千瓦/42V－SOFC辅助电源的性能指标Performancerequirementsofa6kWe/42VSOFCAPUsystemCells:at0.7Vpowerdensity>0.4W/cm²Stack:specificweight<4kg/kWat~1l/kWspecificvolumeOperatingtemperature:~800°CFuel:Gasoline(diesel)reformatFuelutilisation:>6

5、0%Start-uptime:<20(10min.)Suitedfor:>2.000cyclesand>5.000hrs.Systemcost:<500€/kWeSOFCDesignsTubularSOFC(LowPowerDensity)PlanarSOFC(HighPowerDensity)StructureofT-SOFCStructureofP-SOFC西门子-西屋公司的业绩从传统高温SOFC到中温CMFC●1kWSOFC电堆，成功地运行超过70000小时（产业化要求：40000小时）●200kW装置在荷兰199

6、7年底投入运行●250kW电站已在加拿大组建运行●与瑞典签定了250kW和1000kW电站的合同FTubularconfiguration–Anodesupporteddesign：陶瓷粉体助剂混炼制泥制管（电极支撑体）电极微结构修饰涂膜（电解质层）烧结涂敷反电极烧结管状-PEN元件正极-电解质-负极（PEN）元件的制造单管SOFC的制备工艺（1）“高分子辅助挤压成型技术”挤压成型支撑体1）挤管：2）封底：3）表面加工本课题立项技术方案和制作路线单管SOFC的制备工艺（2）悬浮粒子浸浆法进行支撑体表面修饰和阳极功能层涂敷

7、1）表面涂层2）电解质和阴极涂敷3）干燥、烧成本课题立项技术方案和制作路线管状SOFCs电池堆（TubularSOFCDesign)燃料CH4+H2O）氧（空气）PlanarconfigurationAnodesupporteddesign+thinfilmtechnology混炼制浆流延制膜陶瓷粉体助剂干燥、灼烧多孔阳极支撑体制备阴极板状-PEN组件烧结电解质层涂敷共烧DCOpowder,Additive,Binder,Solvent,etc.DCOslurryThinfilmMotorBladeAnodeElectr

8、olytec100mAnodeElectrolytec10mgreentapeSinteringBi-layergreentapesFuelcellsbasedonanode-supportedDCO(dopedceria)film-geltape-castingdenseDCOfilmonanodesuppor