摘要：Solid oxide fuel cell(sofc) vehicles are considered to have broad prospects for development, and the high operating temperature of sofc results in great potential for waste-heat recovery. Many concepts for utilizing waste heat of sofc have been suggested and studied, and most of them directly couple an sofc to a gas turbine, which require the sofc to operate at an elevated pressure and make the system less flexible and thus harder to operate. In recent years, with the development of turbine and heat exchanger technology, the supercritical carbon dioxide(S-CO_2) power cycle has raised widespread attractions for the waste recovery. This study explores the potential of S-CO_2 Brayton cycle to realize waste-heat recovery for an sofc vehicle. The sofc can operate at atmospheric pressure, and the hybrid system is easier to operate than the directly coupled systems. In this paper, a simple recuperated S-CO_2 Brayton cycle is proposed and the key component, radial inflow turbine is designed and focused. The flow state of the designed turbine is analyzed in detail based on computational fluid dynamics(CFD) numerical simulation. Five cases with different impeller tip clearances are numerically simulated to study its influence on the turbine performance. In addition, off-design performance analysis of the radial inflow turbine is conducted considering the temperature fluctuation of sofc in practical applications.

摘要：固体氧化物燃料电池是将化学能转化成电能的全固态能量转换装置,被认为是极具前景的绿色发电系统。本研究提出了结合碳捕集的固体氧化物燃料电池-超临界二氧化碳布雷顿循环集成系统,通过阳极尾气富氧燃烧实现低能耗碳捕集,并利用s CO_(2)再压缩布雷顿循环回收燃烧室余热提高系统效率。模拟结果显示,该集成系统在设计工况下的净发电效率为59.74%,二氧化碳捕集量为134.50 kg/h。此外,关键工作参数对系统性能的影响分析结果表明,合理的阳极尾气再循环比、燃料利用率和燃料流量是确保系统安全高效运行的必要前提。

摘要：固体氧化物燃料电池复合阳极管道由多孔层、燃料气体通道以及固体平板组成。在多孔层内部,存在着传热、多组分对流/扩散等多种传递过程,它们与CH_4的重整反应,CO、H_2的电化学反应耦合在一起,既受到设计参数,如孔隙率等的影响,同时对电池性能以及稳定性产生重要影响。编制了三维模拟程序,对阳极复合管道的化学反应以及气体流动、传热过程等进行了研究。研究结果显示,随着孔隙率的增大,在多孔层的较深区域内,重整与变换反应速度明显增加,受它的影响,H_2浓度与多孔层温度也相应提高。因此,在一定范围内提高多孔介质的孔隙率对阳极的各种传递过程与化学/电化学反应具有积极影响。

摘要：为验证并研究商业三元催化剂应用于sofc尾气处理的可行性和方法,探究并对比了直接燃烧及商业三元催化剂在一段、二段催化燃烧模式下尾气的催化转化特性.一段催化燃烧时,进口温度的增加及当量比的降低可以提升H_(2)和CO的转化率,低温脱除尾气水蒸气降低了H_(2)和CO的转化率.基于优化工况,一段催化燃烧在168 h内出口CO_(2)含量稳定在92%左右.相比于一段催化,二段催化通过反应器优化设计与构建,在较低进口温度下有效提升CO转化率,CO转化率由86.4%升至95.5%,H_(2)转化率接近100%.展现了商业三元催化剂基于催化燃烧和催化剂优化布置处理sofc尾气的稳定性及高效性.

摘要：固体氧化物燃料电池(sofc)内部流动传热和化学反应复杂,容易产生热不平衡区。获取高精度的多孔电极有效导热系数对于建立多物理场耦合数值分析模型和电池热管理具有重要的意义。基于稳态法设计并搭建了多孔材料有效导热系统实验平台和测量系统,在372.1~932.4 K温度范围内详细测量了多孔电极实验样件温度分布,通过多孔材料内传热理论分析,基于现有EMT和ME1数学模型,利用比例因子t构造了温度修正的sofc多孔电极综合有效导热系数的计算模型。同时通过对比孔隙率为0.2349~0.4178的3个实验样件表面温度的计算值和实验测量值,验证了该有效导热系数模型的有效性和高精度。

摘要：基于传统富氧燃烧碳捕集的固体氧化物燃料电池(sofc)发电系统,提出一种改进的新型近零碳排放的sofc-燃气轮机(GT)-有机朗肯循环(ORC)系统。利用Aspen Plus软件和内嵌FORTRAN语言对系统进行建模,分析了阳极再循环、后燃烧室废气再循环、电流密度、燃料利用率和蒸汽碳比对系统性能的影响。结果显示,改进后的系统可以有效避免传统空气分离器功耗大、氧气分离率低等问题。在设计工况下,考虑碳捕集的sofc-GT-ORC系统净发电功率为1 304.09 kW,碳捕集摩尔流量为7.9 kmol/h,捕集纯度高达99.8%。净发电效率为75.68%,相比于传统系统提升了6.68%。采用阳极和后燃烧室废气再循环显著提升了sofc电池堆发电效率,并且存在最佳循环比(Ran=0.15和Rcc=0.27),使得联合循环系统效率最高。系统发电效率随着燃料利用率的增大显著提升,电流密度和蒸汽碳比增加对系统发电性能不利。sofc电池堆和换热器在系统中的[火用]损失较大,但换热器的优化潜力更大。

摘要：从材料设计和表面处理方面综述了合金材料作为连接板的研究近况。合金连接板具有高的电子传导和热传导性,成本低,加工性能优良,合金材料表面氧化膜生长速率适中。经过表面处理的合金,在工作过程中涂层与基体发生反应生成更抗氧化的保护层,面电阻率进一步降低,具有很好的应用前景。

摘要：为了分析保温效果对设备热耦合及系统设计的影响,针对kW级sofc系统“Hot-BOP”设计了三种保温方案,并进行了数值模拟和系统测试。结果表明随着保温材料导热系数的增大,热箱内的温度分布呈现均匀化趋势,设备的热耦合效应愈发强烈,造成系统和设备的实际运行参数偏离理论衡算结果。应用高性能保温材料后,采用绝热假设进行能量平衡计算获得的工艺参数作为设备设计输入不会带来显著的偏差。对比分析表明,高性能保温材料相比传统保温材料更适用于sofc系统。

摘要：针对固体氧化物燃料电池(sofc)高温区碳化硅基阴极空气预热器这一新型换热设备,开展极高温工况下的烟气-空气的辐射-导热-对流耦合传热特性及参数影响分析,基于ANSYS Fluent采用DO模型分析高温气体辐射换热及气体吸收系数对换热器性能的影响,并与S2S模型及不考虑辐射换热模型的计算结果进行对比;同时研究了壁面发射率及烟气进口温度对耦合传热的影响规律。结果表明,烟气进口温度800~1100℃条件下,辐射换热的影响较大,但烟气吸收系数及气体辐射的影响可以忽略;壁面发射率、烟气入口温度对耦合传热的影响非常明显,壁面发射率和烟气入口温度越高,空气出口温度越高。研究结果可为碳化硅基阴极空气预热器的设计提供理论依据。

摘要：日本科学技术振兴机构（JST）今年5月发表了已确定将固体氧化物燃料电池（sofc）的启动温度降至350℃以下的材料设计新方案。此成果是JST的先驱研究工作者山崎仁的理论。由美国加利福尼亚工科大学奥山勇治博士等再次共同研发。详细资料发表在英国科学杂志《NatureMaterials》的在线速报版上。