效率更高,寿命更长的固体氧化物燃料电池

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固体氧化物燃料电池或SOFC是通过氧化诸如天然气或沼气的燃料而产生电能和热量的装置。这种节能,零排放的技术有潜力满足家庭和商业用电,供暖和热水的需求。

尽管像日本这样的国家吸收率很高,但SOFC尚未在欧洲流行,这不仅是因为高昂的生产成本构成了大规模生产电池的障碍。但是,EPFL团队的最新研究可能会改变游戏规则。

在实验室应用机械设计(LAMD),在基于纳沙泰尔在Microcity工程师,已设计出完善国内SOFC中,即效率的新颖的方式细胞额定6 kWe的(千瓦电)。

蒸汽涡轮驱动的风扇使气体循环通过系统,也可以延长电池寿命。这个合作项目涉及三个合作伙伴:LAMD,总部位于锡永EPFL Valais Wallis校园.

由Jan Van Herle领导的能源材料集团(GEM),以及位于Yverdon-les-Bains的私人公司SOLIDpower SA。详细研究的论文已经发表在《应用能源》杂志上。

由EPFL应用机械设计实验室(LAMD)开发的废气再循环风机。

气体再循环

研究人员使用一种称为阳极废气再循环风扇的新型系统实现了这些效率和使用寿命的提高。在正常情况下,SOFC仅转换约80-85%的输入燃料,而这种燃料仅通过电池一次。

通过将出口连接到入口,该团队能够第二次使气体循环通过电池。该论文的主要作者帕特里克·瓦格纳说。

由于SOFC的工作温度超过600°C,“再循环风扇会提高出口气体的压力,使其达到与电池内部压力相适应的水平。”

使用新系统,该团队发现可观的效率提升高达10%。LAMD负责人JürgSchiffmann说:“当我们将风扇与部分额定功率或4.5 kWe的家用额定燃料电池耦合时,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可达到63%的效率。此外,这些发电厂的发电容量范围在数百兆瓦特(MWe)。在瑞士,约有6%的能源在电网馈入和撤出之间损失。

除了提高效率外,风扇系统还延长了电池寿命,因为再循环的气体混合物提高了催化剂的稳定性。

耐磨,自给自足

气体再循环本身可能并不是一个新概念,但是该团队的设计标志着与以前的系统完全不同。该风扇配有LAMD开发的蒸汽润滑轴承,并由微型蒸汽轮机驱动,该微型蒸汽轮机利用电池产生的热量运行。

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:“像几乎所有的催化装置一样,SOFC极其精致。”

“如果油或其他润滑剂进入内部,可能会造成实际问题。蒸汽润滑轴承是不需要任何油的机械零件。系统的旋转部分位于轴产生的空气垫上,另一个系统的一部分-旋转时。”

这种设计还有另一个好处:除了在启动和关闭期间外,所有零件都不会相互接触,这意味着它们不会磨损。

该团队之所以使用蒸汽轮机,是因为SOFC出口气体的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零件制成,因此绝对没有安全隐患。”

“如果我们使用电动机,情况就不会如此。” 34瓦涡轮机非常适合家用额定SOFC。直径仅为15毫米,是世界上最小的蒸汽轮机之一。

文章来源:techxplore

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