导　　师： 梁波

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种直接将蕴藏在燃料中的化学能转化为电能的能量转换装置,由于电池运作时的产物为H2O和CO2,对环境影响小,故该燃料电池有21世纪绿色能源技术之美誉。SOFC工作温度可处于中温（500700℃）或高温（≥700℃）。当温度高于600℃,碳氢燃料能够发生部分氧化重整反应产生H2、CO等合成气,为碳氢化合物作为直接燃料提供了可能性。同时SOFC的燃料来源十分广泛,从碳氢燃料、CO、合成气,到固态碳都可为其提供燃料源,这大大提高了SOFC的燃料选择灵活性。当以碳氢化合物为燃料时,虽然SOFC阳极的镍相可以作为的重整催化剂,但是内重整会使阳极镍催化剂处于碳氢燃料气氛下,随着反应进行,镍催化剂表面会沉积一层碳,从而致使电池失效。因此需要制备一种泡沫陶瓷重整反应器,并嵌入SOFC入气口处,将碳氢燃料转化成富氢的重整气,然后通入燃料电池中,与来自阴极的氧离子发生反应。α-Al2O3泡沫陶瓷载体采用有机泡沫二次浸渍法制备。泡沫陶瓷具有交叉曲折的孔结构,热传递速率高和压降低等特点。以六水合硝酸镍和九水合硝酸铁为原料,水热法制备Ni-Fe纳米片为催化剂的泡沫陶瓷重整反应器,用于丙烷部分氧化重整制氢。通过单因素实验,得到最佳的合成工艺条件,即镍铁原子比为0.9:0.1,退火温度500℃,还原温度600℃,丙烷与氧气的摩尔比为1.78时,催化效果最好,氢气产量最高约为3000μmol。Ni0.9Fe0.1/α-Al2O3催化剂具有较好的催化性能,在1500min内没有出现明显的衰减。同时Ni0.9Fe0.1/α-Al2O3催化剂的氢气产量与商业Pt催化剂的氢气产量相当。通过SEM对催化剂表面形貌进行表征,Ni-Fe纳米片均匀分布在泡沫陶瓷表面。此外,用XRD对还原后的Ni0.9Fe0.1/α-Al2O3催化剂进行物相分析,结果表明形成了Ni3Fe合金。在700℃时,混合氢气（20 vol%H2+80 vol%Ar）流速为800 ml/min的条件下,对应的最大的功率密度为0.64 W/cm2。而使用丙烷作为燃料,通过泡沫陶瓷重整反应器为燃料电池提供富氢燃料,测得最大的功率密度为0.67 W/cm2,比使用氢气为燃料时的功率密度高,同时能长时间运行约80小时。利用SEM表征不同燃料测试后的SOFC的阳极微观结构,使用丙烷测试后的阳极表面沉积两种类型碳结构,在出口和入口处为无定形碳,在收集电流处还存在少量的纤维状碳,而使用氢气测试后的阳极结构与还原后的阳极结构一样。负载Ni-Fe纳米片催化剂的泡沫陶瓷反应器用于丙烷部分氧化重整制氢后,表面会沉积碳,其晶相主要是碳纳米管。当丙烷与氧气摩尔比为1:1.5时,获得高密度的碳纳米管,而随着氧气的增加,合成的碳纳米管的量减少,发现了更多的球形石墨碳。碳纳米管呈现扭曲状且生长方向是随机的,其直径在20-50 nm范围内。更多还原

关 键 词： [6175103]固体氧化物燃料电池 泡沫陶瓷重整反应器 丙烷部分氧化重整 Ni-Fe纳米片催化剂 碳纳米管

分 类 号： [TM911.4]

领　　域： []