Pila de combustible de cerámica de protones

Noticias de la red de almacenamiento de energía de China: la celda de combustible de cerámica de protones (PCFC) puede usar directamente hidrógeno e hidrocarburo como combustible para generar electricidad como la celda de combustible de óxido sólido de alta temperatura (SOFC), la eficiencia del combustible puede ser superior al 50%. Sin embargo, la mayoría de los estudios anteriores sobre pilas de combustible de hidrocarburos directos se han centrado en pilas de combustible de óxido sólido basadas en electrolitos conductores de iones de oxígeno. La deposición de carbono (coquización) suele producirse cuando dichas pilas de combustible utilizan directamente compuestos de hidrocarburos y / o combustibles que contienen azufre. E intoxicación por azufre, que da como resultado una degradación grave del rendimiento de la batería con el tiempo. Aunque las pilas de combustible de cerámica de protones exhiben buenas propiedades eléctricas y propiedades anti-coquización, estudios previos no las han comparado sistemáticamente.

ChuanchengDuan de la Universidad de Minería y Tecnología de Colorado (un trabajo, el nombre chino puede ser Duan Chuancheng, se graduó de Dalian Polytechnic en 2012, se graduó de Dalian Institute of Chemical Technology en 1 año) y RyanO'Hayre (comunicación) y otros basados en cambios en estructura de la batería Se probó la celda de combustible de cerámica de protones con 11 tipos de combustibles y se estudió sistemáticamente el PCFC.

Los autores utilizaron directamente 11 combustibles sin pretratar, pero las pilas de combustible mostraron un rendimiento excelente, especialmente el rendimiento de los combustibles NH3 y CH3OH fue casi cercano al del hidrógeno puro, incluso después de 1000 horas de funcionamiento utilizando gas natural contaminado con H2S. El rendimiento de la batería no ha disminuido significativamente. El PCFC puede mantener un voltaje de funcionamiento más alto que el SOFC, especialmente una alta utilización de combustible. Para todos los combustibles, PCFC no observó signos de coquización durante el funcionamiento y la temperatura no varió mucho. En la mayoría de los casos, la tasa de degradación del rendimiento de la batería por 1000 horas fue <1,5%. Esto se debe a que el PCFC genera un nanorrevestimiento uniforme de Ni en la fase de electrolito después del funcionamiento a alta temperatura. Este recubrimiento puede cooperar con BZY (zirconato de itrio dopado BaZr0.8Y0.2O3 –δ ) para inhibir la producción de coque, y también se puede tolerar una mayor cantidad de envenenamiento por azufre mediante un mecanismo de eliminación de azufre autolimpiante.

Una explicación adicional es que el electrolito de PCFC es altamente alcalino, mientras que el SOFC común es más ácido, por lo que la diferencia química de la superficie puede afectar en gran medida el rendimiento del electrodo. La hidratación de BZY / BCY puede aumentar la relación O: C en la superficie y la interfaz de dos fases, lo que ayuda a aumentar la resistencia a la carbonización. La presencia de partículas cerámicas conductoras de protones en el ánodo también puede inhibir la adsorción de azufre y contribuir a la eliminación del azufre. Los estudios de la teoría funcional de la densidad muestran que es más probable que el COOH (Ni) forme una de las tres especies de hidroxilo que contienen carbono en la superficie de Ni (111) y Ni (211). Estudios previos han demostrado que la tasa de WGS (cambio agua-gas) determina que la reacción escalonada es la formación de COOH (Ni). La tasa de eliminación de coque es directamente proporcional a la tasa de formación de COOH (Ni).

La estabilidad térmica es fundamental para la comercialización de pilas de combustible. Ciclos térmicos rápidos de PCFC que utilizan hidrógeno como combustible, después de que se completan cada ciclo térmico y los 32 ciclos térmicos, la densidad de corriente de la batería se puede restaurar a> 99,5% de su densidad de corriente inicial, lo que indica que el material de la batería de PCFC es muy estable La capacidad inherente de ciclos térmicos. La excelente idoneidad del combustible y la durabilidad a largo plazo que presentan los dispositivos PCFC basados en Ni-BZY, así como su estabilidad inherente al ciclo térmico, resaltan las amplias perspectivas de esta tecnología y el potencial para aplicaciones comerciales.

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