固体氧化物燃料电池(SOFC)发展现状与应用分析开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

燃料电池被誉为继火力,水力,核电后的第四代发电技术。燃料电池之所以受到各种领域的青睐,让众多国家投入使其产业化,与燃料电池本身的高效性,清洁性,环保性,燃料来源广泛等性能密不可分[1]。燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的装置,如果燃料电池的燃料供给充足,那么燃料电池将会持续发电。燃料电池根据不同的电解质,主要分为以下几种:1.碱性燃料电池(AFC):以强碱为电解质,2.磷酸型燃料电池(PAFC):以磷酸为电解质,3.熔融碳酸盐电池(MCFC):以熔融碳酸盐为电解质,4.质子交换膜燃料电池(PEMFC):以固体高分子材料为电解质,5.固体氧化物燃料电池(SOFC):以固态氧化锆为电解质。相比于其他的燃料电池,固体氧化物燃料电池有着高效率,燃料来源广泛等优点。同时,固体氧化物燃料电池的应用也十分的广泛,小到电子设备,如手机,笔记本,大到电站,船舶,新能源汽车等设备[2]。

燃料电池的诞生可以追溯到1839年,英国的物理学家Grove在以金属铂为电极,氢气为燃料的电解水逆向反应的实验中发现会产生微弱的电流,因而研制出了燃料电池[3]。而固体氧化物燃烧电池的历史可以追溯到20世纪,美国西屋电气公司研制出了(22mm 1.8m)的管式SOFC,它采用电化学气相沉积方法制作了极薄的电极薄膜,并且拥有2万小时的运行经验,但由于建造以及维护成本过于高昂,难以进行商业化。后续,在1997年,西门子收购了西屋公司,西门子公司在荷兰组建了一套SOFC的系统,开发了平板式SOFC发电装置。在2002年,西门子与加州大学合作,安装了第一套SOFC与气体涡轮机联动的发电系统,发电功率为220KW,并在该校的燃料电池研究中心投入研究并运行[4]。在日本,许多公司比如三菱重工等已经开始研究圆管式SOFC装置,燃料利用率可达到58%。日本其他公司也对平板式SOFC的燃烧电池进行研究。在1996年,三菱重工造船所与电力部门合作,成功创造了5KW的平板式SOFC燃料电池模块[5]。

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