氢气体积能量密度低、不易储存与运输，“绿色”醇类、氨等液态燃料被视为氢气的重要存储载体，在固体氧化物燃料电池（SOFC）方面具有重要的应用。目前，国内外基于醇类固体氧化物燃料电池发电的研究主要围绕外重整制氢与SOFC系统联用，及抑制因积碳导致性能的衰减开展，对利用工业化尺寸电池自身材料催化特性开展直接内重整应用的研究报道较少。近几年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省先进燃料电池与电解池技术重点实验室燃料电池技术团队采用自主研发的平管型固体氧化物燃料电池，利用平管型电池孔道Ni基材料催化特性，开展了直接内重整醇类发电研究，取得了一系列进展。
采用平管型镍-氧化钇稳定氧化锆（Ni/YSZ）阳极支撑体电池，通过提高甲醇在电池内的转化效率等方式，提高电池阳极抗积碳能力，实现了醇类燃料发电由高水碳比（S/C）向低S/C的长期稳定运行，电池能300h稳定无衰减运行，成果发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering。
在此基础上，团队进一步通过平管型电池孔道内浸渍方法提高直接甲醇SOFC阳极耐积碳能力，实现1200h近干燥甲醇直接发电，相关结果发表于Journal of Power Sources。
图1 增强SOFC阳极抗积碳能力的机理
进一步地为避免水的引入，团队提出了甲醇CO2重整与SOFC联用方案，在发电的同时可以实现合成气的制备与CO2的固定。不同于甲醇水蒸气重整，甲醇CO2重整产物H2/CO接近1，该比例产物还适用于费托合成的应用，生产液态碳氢化合物。这种利用CO2重整SOFC发电的概念可以应用于其它醇类，如乙醇、丁醇等，具有极高的应用价值与潜力，相关成果发表在了Chemical Engineering Journal 期刊上。
图2 低S/C条件下，直接甲醇SOFC的长期发电
相关成果
ACS Sustainable Chemistry & Engineering
Power Generation by Flat-Tube Solid Oxide Fuel Cells with Enhanced Internal Reforming of Methanol
DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c00518
Journal of Power Sources Enhancing coking tolerance of flat-tube solid oxide fuel cells for direct power generation with nearly-dry methanol DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.232485
Chemical Engineering Journal Power generation from flat-tube solid oxide fuel cells by direct internal dry reforming of methanol: A route for simultaneous utilization of CO2 and biofuels DOI: 10.1016/j.cej.2022.141189
项目支持 国家重点研发计划 2017YFE0129300 国家自然科学基金 21805006、U1637202 科技部重点研发计划 2021YFB2500400 浙江省重点研发计划 2021C01101 宁波市2025重大科技专项 2019B10043 中国石油天然气集团有限公司合作基金 2021DJ5004
文稿｜新能源所 桑君康 编辑｜材华君
原文始发于微信公众号（中科院宁波材料所）：宁波材料所在醇类直接内重整固体氧化物燃料电池技术研究方面取得系列进展
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