固體氧化物燃料電池Cu/Ni-LSCM陽(yáng)極中n(Cu)/n(Ni)對(duì)碳沉積影響數(shù)值模擬研究

王 彬,于 潔*,康丁文,劉 輝,喬 翠,呂國(guó)強(qiáng),馬文會(huì)

(1.昆明理工大學(xué)省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,昆明 650093; 2.昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院,昆明 650093)

為實(shí)現(xiàn)我國(guó)“碳達(dá)峰,碳中和”的目標(biāo)任務(wù),發(fā)展新型高效的能源技術(shù)是必不可少的,而固體氧化物燃料電池(SOFC)作為電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),因其高效和環(huán)境友好的特性而受到越來(lái)越多的關(guān)注[1-3]。SOFC在高溫下(873.2～1 273.2 K)條件下工作,可以實(shí)現(xiàn)碳?xì)淙剂系闹苯觾?nèi)部重整,因此具有高效率、燃料靈活性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì),能夠在目前從以化石燃料為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)向大規(guī)模開發(fā)可再生燃料的能源結(jié)構(gòu)的過渡階段發(fā)揮重要作用[4,5]。目前,利用CO2將CH4轉(zhuǎn)化成合成氣在作為SOFC的燃料被廣泛研究,因?yàn)镃O2和CH4都是當(dāng)前單一碳源化學(xué)物質(zhì)中即廉價(jià)又無(wú)毒的重要組成成分[6]。然而,CH4熱分解以及一氧化碳的歧化反應(yīng)會(huì)造成碳沉積在多孔陽(yáng)極中造成鎳等非貴金屬催化劑嚴(yán)重失活[7,8]。陶瓷LSCM是一種混合導(dǎo)體,并且已經(jīng)證明對(duì)CH4重整具有高轉(zhuǎn)化效率、優(yōu)異的合成氣以及較好的抗結(jié)焦性[9]。然而,LSCM電極的性能仍然受電催化活性不足的限制,因此研究人員通過將金屬納米粒子摻雜到LSCM的主晶格中,然后在還原條件下,以金屬納米顆粒的形式在LSCM骨架的表面溶出,這些直接從LSCM骨架載體上原位生長(zhǎng)的金屬納米粒子,由于納米尺度錨定界面結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其表現(xiàn)出了更強(qiáng)的電催化性、高溫穩(wěn)定性以及抗結(jié)焦性[10,11]。鎳對(duì)碳?xì)浠衔锞哂休^高的催化活性,但同時(shí)又易于形成焦碳。……