SOFC中干甲烷流量对NiYSZ阳极上反应的影响
由宏新1高红杰2刘润杰1陈刚3阿布里提3丁信伟1【摘要】为为探讨SOFC中干甲烷流量对反应的影响，采用色谱在线检测阳极尾气，总结阳极尾气的变化规律，在此基础上，分析干甲烷在固体氧化物燃料电池NiYSZ阳极上的反应，寻找干甲烷流量与电流对电池阳极反应影响的数学关系。依据甲烷基元反应的活化能分析反应的途径，结果表明，随电流密度以及氧离子流量的增加，干甲烷与不同电流密度下的氧离子依次发生电化学反应。这些电化学反应分别是甲烷部分氧化反应生成CO、H2并产生电子，或生成CO、H2O、H2和产生电子的反应，或产生CO、H2O和产生电子的反应，或甲烷完全氧化的电化学反应。高流量甲烷只发生消耗氧离子最少的部分氧化反应，中流量甲烷发生前两个或前三个反应。依据法拉第第一定律及反应物之间的关系，确定甲烷的低、中、高流量的判定依据分别为vCH4小于等于I4F，vCH4大于等于I4F以及小于等于I2F，vCH4大于等于I2F。【期刊名称】高校化学工程学报【年卷期】2014000005【总页数】6【关键词】固体氧化物燃料电池；阳极；甲烷；反应
1前言
固体氧化燃料电池SOFC除了可以利用氢气发电外，还可利用甲烷、天然气等烃类作为燃料。甲烷直接氧化的SOFC，具有无需外加昂贵的重整设备，耗用的动力与设备少，经济效益好等优点。围绕着SOFC对甲烷的利用，除需对阳极抗积碳材料进行研究外，还需对甲烷在阳极上的反应进行研究。因为甲烷在
f电池阳极上的电化学反应有多种，每种反应所产生的产物不同，产出的热量也不相同，从而导致对电池的热量管理也有不同的要求；另外，甲烷反应的部分产物如合成气是化工生产的原料。因此如何通过控制甲烷在SOFC中的反应，使SOFC在利用甲烷发电的同时生产合成气也引起了人们的广泛兴趣。在电池工作时，阳极一侧共存着多种气体，甲烷反应规律难以把握。MichaelKBruce1在La075Sr025Cr05M
05O3δLSCMCuYSZ阳极上研究了甲烷的直接氧化。在973～1073K的温度范围内，一系列催化测试显示，在低电流密度下，氧电化学计量比较低，阳极反应机理受甲烷裂解控制；在高电流密度下，阳极反应为甲烷完全氧化反应，其分析反应的的方法是用含有不同浓度的CO2和H2O的H2混合燃料所测得的开路电压与由确定反应的Ner
st方程所计算的理论开路电压进行对比来确定相应反应是否发生。KKe
dall2根据Ner
st方程，通过开路电压分析，得出纯甲烷在开路情况下发生的反应是甲烷部分氧化反应r