燃料電池研究の方向性 -リチウム - イオン電池装置

燃料電池は、化学エネルギー(燃料)を直接電気エネルギーに変換します。それらは高効率と低汚染の利点を持っています。近年、あらゆる面から大きな注目を集めています。溶融炭酸塩燃料電池(MCFC)は高温(約650°C)で作動し、排熱やガスタービンを利用して発電することができます。そのため、効率が高く、現在の燃料電池研究の主流の一つとなっています。

Proectの2.85MW MCFC実証プロジェクト、上海交通大学が研究に成功した15kW MCFC、現在研究中の100kW MCFCなど、MCFC燃料電池の研究では過去に多くの成果を上げてきました。それにもかかわらず、新世代のエネルギーシステムとして、電気化学反応プロセス、熱物質移動プロセス、バッテリー内の酸化剤と燃料の流れプロセス、または燃料電池の定常状態など、燃料電池の動作メカニズムには多くの側面があります。動特性をさらに研究する必要があります。ルールを習得することに基づいてのみ、これらのプロセスをうまく編成できるため、燃料電池は真に効率的でクリーンなエネルギーシステムになることができます。(リチウムイオン電池装置)

この記事の焦点は、MCFCバッテリーの動的特性を研究することです。動特性の探索は、燃料電池自体の温度分布、流動状態、性能変化則を明らかにするだけでなく、燃料電池とガスタービンを組み合わせたハイブリッドシステムにとって重要な基礎データを提供します。この記事で研究したMCFCモデルの多くの物理的パラメータは、上海交通大学燃料電池研究所の15kW溶融炭酸塩燃料パワーセルから取得されました。

MCFCの内部特性モノマー溶融炭酸塩燃料発電セルは、一般に平板型であり、電極-電解質、燃料流路、酸化剤流路、および上部および下部セパレータで構成されています。

燃料パワーセルの作業プロセスは次のとおりです。 燃料流のH2はアノードで酸化反応を起こし、電解質中のC3-イオンを使用してH2OとC2を生成し、電子を放出します:+2e、カソード(カソード)の酸化剤流のO2 CO2は電子を使用して捕獲し、CO3-を電解質に生成します。 (1/2)O2 + CO2 + 2eCO3-、次にCO32-は燃料流のアノードに自由に拡散し、消費されたCO3 'アノードの発芽電子を補充します外部回路接合ICathodeを通過し、電子輸送とイオン移動を含む完全なループを形成します。電気化学反応の強度は、単位時間当たりの極板 - 電解質上の単位面積当たりの電気化学反応に関与する物質のモル数、すなわち電気化学反応速度によって表すことができる。電気化学反応プロセスは強い物質移動プロセスを伴うことがわかる。上記の作業プロセスでは、O2、CO2、CO3-、およびH2Oの流れ方向を説明しています。燃料流で消費される物質(Ma)2gごとに、60g(1/2O2とCO2)の物質が酸化剤側から電極に入り、CO3-を形成し、電解質を通過して燃料流に入り、CO2とH2Oになります。この強力な伝達 燃料電池の内部熱力学的特性に対する質量プロセスの影響は重要です。物質移動強度は、物質移動速度で表すことができる。燃料電池における発熱過程と転写過程の組み合わせは、以下のように分解することができる。電池内部で発生する熱には、電気化学反応によって発生する熱と、電流によって発生する抵抗熱が含まれます。電気化学反応熱は主に水の形成熱であり、単位面積あたりの電気化学反応熱は/ molです。DS は生成水のエントロピー変化 /(mol.K);7;は極板電解質の均一な温度、Kです。 単位 面積電流によって発生する抵抗熱は、電気化学反応熱と抵抗熱だけでなく、燃料の流れと酸化剤の流れによって燃料電池に持ち込まれたり取り出されたりする熱でもあります。次のセクションでは、熱と物質収支の方程式を確立して、燃料電池の動的プロセスの数学的モデルを形成します。

単一MCFCマイクロエレメント 物質移動と熱伝達 MCFC動的プロセス数学モデルの概略図 3.1 概要 燃料電池内の熱エネルギー伝達の方法は次のとおりです。 物質移動による熱伝達 燃料と酸化剤の流れ 対極-電解質とセパレータの相互作用 対流伝熱電極-電解質とセパレータ間の放射熱伝達など。