直接碳燃料电池的工作原理_直接碳燃料电池的优点

网络整理 发表于 2020-01-08 09:26:51 收藏 已收藏
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直接碳燃料电池的工作原理_直接碳燃料电池的优点

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  直接碳燃料电池(DirectCarbONFuelCell,DCFC)是一种以碳及其衍生物为燃料的燃料电池,具有能量转换效率高、环境友好(无SOx和NOx排放,无噪音污染)、燃料适应性广等突出优点,是具有广阔应用前景的燃料电池。

  直接碳燃料电池的原理

  直接碳燃料电池(directcarbonfuelcell,DCFC)是将碳的化学能通过碳的电化学氧化过程直接转换为电能的装置,无需气化过程。这种技术的效率比目前的煤电厂高两倍,其燃料可包括煤、焦炭、焦油、气体碳和生物碳等。

  由于DCFC总反应:

  C+O2=CO2

  因此,DCFC的理论能量转换效率甚至略微超过100%。DCFC要达到一个高的能量效率需要一个高的操作温度,它的两种高温操作方法是:(1)熔融电解质燃料电池,其运行温度为400~750℃;(2)SOFC,其运行温度为700~1000℃。

  

  直接碳燃料电池的优点

  (1)DCFC的能量转化效率高,其理论效率达100%以上。燃料电池的理论效率为燃料中的吉布斯自由能ΔG与燃料所蕴含的化学能(焓)ΔH之比。

  (2)DCFC的燃料利用率可达100%。电池反应过程中,由于反应物固体碳和气态产物以单独的纯相存在,因此它们的化学势(活度)不变,不会随着燃料的转换程度和在电池内部的位置而改变。这一特点将使得所有加入的燃料可一次性完全转化掉,即利用率可达100%,而且在碳的全部转化过程中电池的理论电压能够保证恒定在1.02V。传统燃料电池,其燃料一次循环只能部分转化到一定程度,否则随燃料分压降低,电池电压下降,因此传统燃料电池需要对燃料进行反复循环,以保持燃料分压。

  (3)DCFC的污染排放少,可实现温室气体的减排。从化学反应角度上,DCFC发电和火电站的直接燃煤发电都是利用煤炭的完全燃烧反应,但是由于发电原理的不同,DCFC发电所释放的污染物,如CO2,SOx,NOx,粉尘等,要远小于直接燃煤发电。

  (4)DCFC的碳燃料资源丰富、廉价。可以从煤、石油焦、生物物质(如谷壳、果壳、秸秆、草)甚至有机垃圾中获得。通过热解技术将以上物质制备成DCFC的颗粒碳,同时副产的氢气可用于氢氧燃料电池。因此通过将直接碳燃料电池和其他燃料电池联合运用,可最大限度实现洁净高效地利用丰富廉价的煤等含碳固体燃料。

  (5)DCFC的固体碳燃料能量密度大,储存、运输很方便。

  (6)DCFC的结构可模块化设计。根据实际情况,可以经济方便地调整规模,另外作为固定电站不像燃煤热电站那样需要大量水。这些特点使得DCFC特别适于建设坑口电站,变输煤为输电,从而可降低煤在运输中造成的污染并节省运输费用。

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