更高效更持久的固体氧化物燃料电池

2020-03-24 14:20:40

固体氧化物燃料电池,或SOFC,是通过氧化天然气或沼气等燃料而产生电能和热量的装置。 这种节能、零排放技术有潜力满足家庭和商业电力、供暖和热水需求。

虽然像日本这样的国家的吸收率很高,但在欧洲,SOFCs还没有赶上,特别是因为高昂的生产成本对规模化生产细胞构成了障碍。 但是,EPFL的一个团队的新研究可能证明是一个改变游戏的因素。

应用机械设计实验室(LAMD)的工程师以Neuchatel的微观性为基础,设计了一种新的方法来提高国内SOFC的效率,即。 电池额定在6千瓦(千瓦电)。 汽轮机驱动的风扇,通过系统再循环气体,也增加了电池的寿命。 这一合作项目涉及三个合作伙伴:LAMD、能源材料集团(GEM),该集团设在锡的EPFL Valais Wallis校区,由Jan Van Herle领导;SOLIDPowerSA,一家位于Yverdon-les-Bains的私人公司。 一篇详细介绍这项研究的论文已发表在“应用能源”杂志上。


研究人员使用一种称为阳极废气再循环风扇的新系统来实现这些效率和寿命的提高。 在正常情况下,SOFCs只转换约80-85%的输入燃料,只转换电池一次。 通过将出口连接到入口,该小组能够第二次通过电池再循环气体。 由于SOFC在超过600°C的温度下工作,“再循环风扇提高了出口气体的压力,使其达到与电池内压力相容的水平,”该论文的主要作者帕特里克·瓦格纳说。

随着新系统的使用,该团队观察到令人印象深刻的效率增益高达10%。 LAMD的负责人JurgSchiffmann说:“当我们将风扇与一个部分负载运行的国产燃料电池耦合起来,即4.5kWe时,我们的总效率达到了66%。 相比之下,最先进的发电厂在不产生可回收热量的情况下实现了63%的效率。 此外,这些工厂的容量范围为数百兆瓦-电力,或兆瓦。 在瑞士,大约6%的能量在电网馈入和退出之间丢失。

除了提高效率外,风扇系统还延长了电池寿命,因为循环气体混合物增加了催化剂的稳定性。

耐穿和自给自足

气体再循环本身可能不是一个新的概念,但团队的设计标志着与以前的系统的一个干净的突破。 风扇配备了在LAMD开发的蒸汽润滑轴承,并由一个微型汽轮机驱动,运行在电池产生的热量。

研究人员选择了蒸汽润滑轴承,以避免污染的风险。 瓦格纳说:“SOFC和几乎所有的催化装置一样,都非常精细。” 如果油或其他润滑剂在里面找到了它的方式,它会造成真正的问题。 蒸汽润滑轴承是不需要任何油的机械部件。 系统的旋转部分位于轴产生的气垫上-系统的另一部分-当它旋转时。” 这种设计有另一个好处:除了在启动和关闭期间,没有一个部件相互接触,这意味着它们不磨损。

该小组使用了汽轮机,因为SOFC出口气体在残余燃料中含有氢和其他潜在的爆炸性化合物。 瓦格纳补充说:“我们的再循环风扇完全由机械部件制造,因此绝对不会造成安全风险。” “如果我们用电动马达,情况就不会这样了。” 34瓦涡轮非常适合国产SOFC。 它直径只有15毫米,是世界上最小的汽轮机之一。


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