导　　师： 傅培舫

学科专业： H0702

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 华中科技大学

摘　　要： 直接碳燃料电池（Direct Carbon Fuel Cell）是一种将碳（碳的衍生物）和氧气通过电化学反应而直接产生电能的能量转换装置，不需要燃烧或气化过程。直接碳燃料电池具有高效（理论效率100％）、环境友好和利于二氧化碳回收的特点，若能解决一些关键技术，实现产业化，正好适用于我国“富煤贫油少气”的能源结构，可以高效利用丰富的煤炭储备，在能源和环保上前景巨大。<br>　　本文以熔融氢氧化物为电解质，对直接碳燃料电池进行理论和实验研究。首先介绍了熔融氢氧化物DCFC的国内外发展现状，并对DCFC进行了简要的理论分析和计算。然后，设计、组装了直接碳燃料电池单电池模型，并依据电池本体和阴极材料把电池分为铁基和镍基两种，在自行搭建的电池性能测试装置上，用最常用的电池现场表征技术：电流-电压测量法，测试了不同电解质、不同温度和氧气流量下DCFC单电池的性能，研究电池极化曲线，并用电化学阻抗谱法(EIS)进行辅助分析。<br>　　结果表明，以316L不锈钢材料做电池，电池不能达到稳态，并且很快失效；镍材料能很好的耐熔融氢氧化物的腐蚀，镍基电池可以稳态输出。以NaOH-LiOH(70-30mol％)混合物为电解质，DCFC单电池产生的电压很低，开路时仅0.29V，不适合做电池的电解质；以NaOH-KOH(51.5-48.5mol％)混合物为电解质，电池性能较纯NaOH为电解质要好。电池性能随氧气流量增大而增大，但是继续增大，电池性能反而下降，0.4L/min时性能最好。以NaOH-KOH(51.5-48.5mol％)混合物为电解质，电池性能随温度升高而提高，而采取一些措施减小接触电阻，可有效减小电池电压的下降趋势，提高电池性能。最后，由EIS可知，欧姆损耗占电池总损耗的主要地位。

关 键 词： 直接碳燃料电池 熔融氢氧化物 模型设计 性能评价

分 类 号： [TM911.4 TM910.2]

领　　域： [电气工程] [电气工程]