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基于对称双阴极结构的固体氧化物燃料电池与电堆技术取得进展
发布时间:2018-05-25 点击浏览:

  固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简写为SOFC)能直接将化学能转化为电能,既具备高发电效率又不会对环境造成伤害,是能源界最有发展前景的能源利用方式之一。其中,平板式固体氧化物燃料电池因其工艺简单、成本低廉而受到众多科研单位以及公司企业最为广泛的研究,宁波料所固体氧化物燃料电池团队也是其中一员。团队在对传统结构的平板式SOFC电堆和系统大量的电性能测试中发现,单电池本身结构的不对称性很大程度上导致了高温下电堆和系统运行的不稳定性,基于此点团队提出了一种新型结构的平板式固体氧化物燃料电池。

   相比传统结构电池,新型结构的平板式固体氧化物燃料电池的创新之处在于结构上的对称性。传统结构电池在经过还原后再氧化会出现明显变形翘曲,严重时电池会发生开裂破碎。新型结构电池为对称双阴极结构,它将电池外部的不平衡形变转化为电池内部的应力平衡,对称双阴极结构电池在还原氧化后基本没有发生电池外形上的位移变化。而传统结构电池和对称双阴极结构电池的还原氧化对比实验也得到与理论模拟相同的结果。对称双阴极结构电池结构上的稳定性使单片SOFC电池高功率化成为了可能,团队成功实现了从低功率(集流面积3cm×3cm×2=18)、高功率(集流面积9cm×10cm×2=180)到现有的超高功率(集流面积15cm×22cm×2=660)对称双阴极结构电池的制备,前两种规格的电池均已实现组装测试,其中的高功率电池在750℃下稳定运行的功率密度可达到0.2

    目前,研究团队正在将超高功率电池组装应用起来,一旦成功将实现单片SOFC电池功率上百瓦,这对未来SOFC电池的实际应用而言将是一个巨大的飞跃。理论设计电池结构示意图对称双阴极结构电池同样有利于电堆的集成和系统的组装。不同于传统结构的SOFC电池堆,对称双阴极结构的电池堆不需要通过密封来隔绝阴阳极气氛,因此对称双阴极结构电堆的组装不必如传统电堆那么精密,只需要确保通气的顺畅和集流的良好就可以了。

   

  图1 电池结构示意图

   

  图2 理论设计

   

  图3 不同面积的对称结构电池

   

  图4 电池瞬态性能

   

  图5 电池热循环性能

   

  图6 对称双阴极结构电池稳态输出性能

   

  图7 电堆单元结构

  (新能源所 刘武 王建新 官万兵 杨钧)