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固体氧化物燃料电池直接内重整的模型研究进展
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作者 孙航宇 李卓华 +4 位作者 王亚丽 李晓艳 付云枫 杜国山 陈宋璇 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1277-1292,共16页
固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种通过电化学氧化反应直接将化学能高效率地转化为电能的装置,在大规模发电、联产以及一体化燃料升级等可再生能源系统领域具有广阔的市场前景。为进一步拓宽SOFCs的应用场景,降低运行成本,直接内重整(DIR... 固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种通过电化学氧化反应直接将化学能高效率地转化为电能的装置,在大规模发电、联产以及一体化燃料升级等可再生能源系统领域具有广阔的市场前景。为进一步拓宽SOFCs的应用场景,降低运行成本,直接内重整(DIR)技术可将CH4等烷烃类物质在阳极催化生成H2,减少了燃料预处理要求且提高了转化效率,是目前SOFCs研究领域的热点之一。为了优化该技术的系统设计和操作条件,模型模拟的研究可显著减少实验工作量,并为其提供理论支撑和指导性建议。通过DIR-SOFC系统的模型模拟,结合场分布、动力学参数等,可以量化评估系统内的反应,从而了解其物理、化学过程的复杂性。本文总结了DIR-SOFC建模工作的现状,介绍了体积平均模型和针对微观结构的模型;重点讨论多尺度数学模型,对现有研究中的反应动力学过程描述、“能量-质量-动量”平衡方程、“1D-2D-3D”DIR-SOFC单元描述等进行了综述,能更好地评估变量对DIR的影响;对DIR-SOFC模型中不同液体燃料的重整反应及相关的反应动力学参数进行总结;指出现有模型的不足,并对DIR-SOFC系统模型的未来发展进行展望,使模型更加精准。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 直接重整 模型模拟 甲烷重整模型
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结构参数对甲烷内重整SOFC的影响分析
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作者 赵婧 武静 +1 位作者 李莎莎 李鹏 《当代化工》 CAS 2024年第6期1373-1377,共5页
为了深入理解甲烷直接内重整SOFC放电过程特点,获取动力学、结构参数等对电池宏观放电过程、性能的影响,建立了描述SOFC单电池中化学反应、电极反应耦联动量、热量、质量、电荷传递影响的SOFC过程模型,并通过对模型求解分析,发现在SOFC... 为了深入理解甲烷直接内重整SOFC放电过程特点,获取动力学、结构参数等对电池宏观放电过程、性能的影响,建立了描述SOFC单电池中化学反应、电极反应耦联动量、热量、质量、电荷传递影响的SOFC过程模型,并通过对模型求解分析,发现在SOFC入口区域,甲烷吸热重整反应占据主导地位,在阴极气体中从靠近阴极的顶部一侧向底部一侧扩散,从而形成温度梯度,将阴极气体底部的空气温度降低到其最低值;孔隙率的增大可改善电极扩散特性,从而提高电池性能;活性表面积是在电极-电解质界面上进行电化学反应的区域,大的表面积会提供更多的反应位点,使得反应速率增大。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 甲烷直接重整 电化学 过程模型
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直接内重整熔融碳酸盐燃料电池研究进展 被引量:2
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作者 王鹏杰 周利 +2 位作者 王英旭 李广龙 邵志刚 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期105-108,共4页
简单介绍了直接内重整-熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)的优点、系统及瓶颈问题,并指出在电池长时间运行时重整催化剂的碱污染和积碳失活是DIR-MCFC的核心技术问题;重点叙述了DIR-MCFC在抗碱中毒、抗积碳催化剂方面的研究进展,并进一步提... 简单介绍了直接内重整-熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)的优点、系统及瓶颈问题,并指出在电池长时间运行时重整催化剂的碱污染和积碳失活是DIR-MCFC的核心技术问题;重点叙述了DIR-MCFC在抗碱中毒、抗积碳催化剂方面的研究进展,并进一步提出了发展方向。 展开更多
关键词 熔融碳酸盐燃料电池 直接重整 抗积碳 碱中毒 阻碱
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直接内部重整固体氧化物燃料电池的性能模拟 被引量:1
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作者 赵玺灵 张兴梅 +1 位作者 段常贵 邹平华 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期97-100,共4页
为了研究固体氧化物燃料电池系统的输出性能,建立了直接内部重整固体氧化物燃料电池(DIR-SOFC)的集总参数模型,应用Matlab软件求解模型,并对燃料电池的各相关性能参数进行分析.模拟结果表明:在常燃料利用率条件下,燃料电池的输出电压和... 为了研究固体氧化物燃料电池系统的输出性能,建立了直接内部重整固体氧化物燃料电池(DIR-SOFC)的集总参数模型,应用Matlab软件求解模型,并对燃料电池的各相关性能参数进行分析.模拟结果表明:在常燃料利用率条件下,燃料电池的输出电压和电流密度呈线性关系,输出功率和电流密度呈抛物形关系;在常燃料、空气输入条件下,随着燃料利用率的增大,燃料电池的电流密度逐渐增加、电压逐渐下降,且电池的效率和功率存在极值点. 展开更多
关键词 SOFC 直接内部重整 性能分析 模拟计算
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直接内重整熔融碳酸盐燃料电池中甲烷蒸汽重整催化剂探索性研究 被引量:1
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作者 李广龙 周利 +4 位作者 王英旭 王鹏杰 林化新 朱秀玲 邵志刚 《催化学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2011年第1期106-110,共5页
选择甲烷蒸汽重整催化剂用于直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)中,并考察了DIR-MCFC的性能,讨论了电池放电量、气体压力、燃料气进料水/碳比(S/C)等因素对该催化剂性能的影响.结果表明,重整催化剂能够满足电池放电需求;放电量大... 选择甲烷蒸汽重整催化剂用于直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)中,并考察了DIR-MCFC的性能,讨论了电池放电量、气体压力、燃料气进料水/碳比(S/C)等因素对该催化剂性能的影响.结果表明,重整催化剂能够满足电池放电需求;放电量大小影响电池内的H2含量,但对CH4含量影响不大;当气体压力为0.36MPa时,电池内的H2含量最大;S/C越低,电池性能越高,相同放电量下,S/C=1时的电池电压比S/C=2时的高. 展开更多
关键词 甲烷蒸汽重整 催化剂 直接重整 熔融碳酸盐燃料电池
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直接内重整型固体氧化物燃料电池建模与仿真 被引量:5
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作者 朱润凯 梁前超 +2 位作者 詹海洋 黄潜龙 任济民 《船电技术》 2018年第3期12-17,共6页
基于MATLAB/SIMULINK软件,本文建立了直接内重整型固体氧化物燃料电池的性能仿真模型,综合考虑重整反应和电化学反应的耦合作用,讨论了不同温度、压力、水碳比、CH_4流量、空气组分下,放电电流对燃料电池电堆性能的影响。结果发现,设计... 基于MATLAB/SIMULINK软件,本文建立了直接内重整型固体氧化物燃料电池的性能仿真模型,综合考虑重整反应和电化学反应的耦合作用,讨论了不同温度、压力、水碳比、CH_4流量、空气组分下,放电电流对燃料电池电堆性能的影响。结果发现,设计点工况下,电堆的发电效率高达50%,适当提高运行温度和压力,减小空气和CH_4的流量,减小氮氧比,可以提高输出电压、功率和效率,使电堆的性能进一步提高,为固体氧化物燃料电池发电系统在常规动力潜艇上的应用提供理论支撑。 展开更多
关键词 直接重整 固体氧化物燃料电池 模块化 建模与仿真
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直接重整细胞核程序的诱导性多能干细胞研究进展
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作者 牟奕 孙激 《中国生物工程杂志》 CAS CSCD 北大核心 2009年第8期124-128,共5页
诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS)是分化细胞在外源性因子作用下,经直接细胞核程序重整而重新获得分化潜能的干细胞,具有很重要的应用前景。介绍了iPS诱导方法从转录因子、RNA结合蛋白、小分子化合物、到信号传导... 诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS)是分化细胞在外源性因子作用下,经直接细胞核程序重整而重新获得分化潜能的干细胞,具有很重要的应用前景。介绍了iPS诱导方法从转录因子、RNA结合蛋白、小分子化合物、到信号传导通路的发展过程,以及在提高生物安全性方面的改进。iPS的生成在细胞学上表现为渐进的、时间依赖的过程,同细胞的分化状态密切相关;然而,iPS同胚胎干细胞表遗传特征并非完全相同。iPS的进展结合基因治疗和细胞治疗的成果已应用到动物疾病模型的治疗。 展开更多
关键词 诱导性多能干细胞 直接程序重整 转录调控 细胞治疗
原文传递
电化学反应对甲烷直接内重整效能的耦合作用分析
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作者 朱润凯 梁前超 詹海洋 《船电技术》 2019年第3期47-52,共6页
本文以直接内部重整型固体氧化物燃料电池为对象,主要抓住研究对象的稳态特性,以尾气组分验证模型的正确性,着重分析电化学反应对甲烷直接内重整效能的耦合影响。结果发现,甲烷平衡转化率受甲烷流量、水碳比、压力变化的影响不是很大,... 本文以直接内部重整型固体氧化物燃料电池为对象,主要抓住研究对象的稳态特性,以尾气组分验证模型的正确性,着重分析电化学反应对甲烷直接内重整效能的耦合影响。结果发现,甲烷平衡转化率受甲烷流量、水碳比、压力变化的影响不是很大,仅对温度变化比较敏感;而氢气平衡转化率在不同甲烷流量、水碳比、压力及温度下的差别比较大;在电池放电电流增大的过程中,甲烷平衡转化率与氢气平衡生成率均有所提高,后者更为明显。电化学反应对甲烷直接内重整效能有很大的影响。 展开更多
关键词 甲烷 直接重整 电化学反应 效能
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不同进气模式下平板式多孔介质电极SOFC的重整性能分析
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作者 于建国 王玉璋 +1 位作者 惠宇 翁史烈 《能源技术》 2010年第5期253-258,262,共7页
在作者已开发的SOFC单电池结构及其阳极上甲烷重整的有效动力学模型的基础上,构建了直接内部重整的平板式多孔电极支撑(PES)固体氧化物燃料电池(SOFC)的全三维数学模型,根据模型分析了SOFC在不同进气模式顺流和逆流工况下,单电池内的流... 在作者已开发的SOFC单电池结构及其阳极上甲烷重整的有效动力学模型的基础上,构建了直接内部重整的平板式多孔电极支撑(PES)固体氧化物燃料电池(SOFC)的全三维数学模型,根据模型分析了SOFC在不同进气模式顺流和逆流工况下,单电池内的流动、传热传质、化学、电化学和电流场等物理过程,给出了单电池内气体组分、温度、电势、电流密度等参数的空间分布。分析结果表明:进气方式对于电池的性能有一定的影响,与顺流相比在相同工况下燃用同样的燃料,采用逆流进气口电池的运行性能虽然略有提高,但是电池阳极内存在较高温度的热点,并且热点的位置不确定。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 进气模式 性能 平板式 直接内部重整
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DIR-MCFC小型电堆的研究
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作者 王鹏杰 周利 +2 位作者 李广龙 林化新 邵志刚 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期29-31,共3页
组装了DIR-MCFC的小型电堆(三对,电极面积25.5 cm2)。以甲烷为燃料,在操作压力0.3 MPa下,150mA/cm2电流密度放电时,输出功密度为338.4 mW/cm2。又进一步考察了影响电堆性能的条件,发现电池性能随着反应气压力增加而提高,在150 mA/cm2下... 组装了DIR-MCFC的小型电堆(三对,电极面积25.5 cm2)。以甲烷为燃料,在操作压力0.3 MPa下,150mA/cm2电流密度放电时,输出功密度为338.4 mW/cm2。又进一步考察了影响电堆性能的条件,发现电池性能随着反应气压力增加而提高,在150 mA/cm2下,反应气压力由0.1 MPa升至0.3 MPa,电池电压提高了177 mV;为了电池运行的稳定性,预防重整催化剂积碳,运行时进气水碳比(S/C)为2,分别测定了DIR-MCFC电堆中三对单电池的性能,发现第二对DIR-MCFC性能较低,这可能与电堆温度分布有关。 展开更多
关键词 熔融碳酸盐燃料电池 直接重整 电堆 甲烷 催化剂
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DIR-MCFC性能影响因素研究
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作者 王英旭 周利 +3 位作者 李广龙 王鹏杰 林化新 邵志刚 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期636-638,共3页
将甲烷水蒸气重整制氢反应与熔融碳酸盐燃料电池技术相结合,构成了以甲烷为燃料气的直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(D IR-M C FC)。考察了影响电池性能的条件,发现反应气压力增加会提高电池性能,反应气压力由0.1M Pa升至0.6 M Pa,在150 m... 将甲烷水蒸气重整制氢反应与熔融碳酸盐燃料电池技术相结合,构成了以甲烷为燃料气的直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(D IR-M C FC)。考察了影响电池性能的条件,发现反应气压力增加会提高电池性能,反应气压力由0.1M Pa升至0.6 M Pa,在150 m A/cm 2下,电池电压约提高200 m V;增加甲烷流量利于提高电池性能,但需要合理选择甲烷的利用率;常压下,进气水碳比为1时同等电流下电池初始电压较进气水碳比为2时高30~50 m V,而在0.6 M Pa下这两种进气水碳比对电池初性能影响不大;0.6 M Pa、水碳比为1时,催化剂容易积碳,从而降低电池运行的稳定性,因此,电池在较高压力下运行时应适当提高进气水碳比。 展开更多
关键词 熔融碳酸盐燃料电池 直接重整 甲烷 催化剂
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燃料电池的免疫优化小波网络动态建模仿真
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作者 李俊 高楠 +1 位作者 曹广益 屠恒勇 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2010年第3期271-275,共5页
直接内部重整固体氧化物燃料电池(DIR-SOFC)是一种直接以碳氢化合物作为燃料,将化学能转化为电能的发电装置。小波网络(WNN)结合了小波分解的多分辨率逼近(MRA)的优点和神经网络非线性过程学习的能力。为了避免考虑DIR-SOFC内部反应复... 直接内部重整固体氧化物燃料电池(DIR-SOFC)是一种直接以碳氢化合物作为燃料,将化学能转化为电能的发电装置。小波网络(WNN)结合了小波分解的多分辨率逼近(MRA)的优点和神经网络非线性过程学习的能力。为了避免考虑DIR-SOFC内部反应复杂、参数耦合严重的情况,采用了WNN作为辨识工具,并结合免疫算法进行优化,对DIR-SOFC的动态特性进行建模。选取入口燃料流速、空气流速和负载电流作为输入量,对燃料电池的输出电压和温度的动态响应进行预测,并与采用RBF神经网络(RBFNN)方法得到的建模结果进行比较。仿真结果表明,通过该动态模型,电压和温度的预测值与验证数据间的相对误差绝对值分别小于0.0007和0.0004,平均相对误差分别为0.0003和0.0002,能够获得较高的精度并有效地对DIR-SOFC进行动态仿真。 展开更多
关键词 直接内部重整 固体氧化物燃料电池 小波网络 免疫算法
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DIR-MCFC中催化剂抗碱中毒的研究
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作者 涂敏 张健 +1 位作者 张雄福 周利 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期285-288,共4页
总结了直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)的碱中毒问题,讨论了内重整催化剂中毒,碱影响催化剂的催化活性等关键问题,从催化剂改良、设置阻碱隔板和优化操作条件等3个方面,论述了DIR-MCFC中催化剂抗碱中毒的研究进展,指出了需要关... 总结了直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)的碱中毒问题,讨论了内重整催化剂中毒,碱影响催化剂的催化活性等关键问题,从催化剂改良、设置阻碱隔板和优化操作条件等3个方面,论述了DIR-MCFC中催化剂抗碱中毒的研究进展,指出了需要关注的一些关键问题。 展开更多
关键词 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 直接重整MCFC(DIR-MCFC) 催化剂 碱中毒
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Numerical simulation of a direct internal reforming solid oxide fuel cell using computational fluid dynamics method
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作者 Jun LI Ying-wei KANG +3 位作者 Guang-yi CAO Xin-jian ZHU Heng-yong TU Jian LI 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第7期961-969,共9页
A detailed mathematical model of a direct internal reforming solid oxide fuel cell(DIR-SOFC) incorporating with simulation of chemical and physical processes in the fuel cell is presented. The model is developed based... A detailed mathematical model of a direct internal reforming solid oxide fuel cell(DIR-SOFC) incorporating with simulation of chemical and physical processes in the fuel cell is presented. The model is developed based on the reforming and electrochemical reaction mechanisms,mass and energy conservation,and heat transfer. A computational fluid dynamics(CFD) method is used for solving the complicated multiple partial differential equations(PDEs) to obtain the numerical approximations. The resulting distributions of chemical species concentrations,temperature and current density in a cross-flow DIR-SOFC are given and analyzed in detail. Further,the influence between distributions of chemical species concentrations,temperature and current density during the simulation is illustrated and discussed. The heat and mass transfer,and the kinetics of reforming and electrochemical reactions have significant effects on the parameter distributions within the cell. The results show the particular characteristics of the DIR-SOFC among fuel cells,and can aid in stack design and control. 展开更多
关键词 Direct internal reforming (DIR) Solid oxide fuel cell (SOFC) Computational fluid dynamics (CFD) Numerical simulation
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天然气预重整固体氧化物燃料电池性能模拟 被引量:6
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作者 张兴梅 赵玺灵 +1 位作者 苗艳姝 段常贵 《煤气与热力》 2008年第3期35-39,共5页
建立了预重整器和直接内部重整固体氧化物燃料电池电堆的数学模型,验证了电堆模型的有效性。应用Matlab软件实现了对天然气预重整固体氧化物燃料电池的模拟,对重整温度、重整耗热量和重整氢气产生量进行了研究,重整器的最佳操作温度为80... 建立了预重整器和直接内部重整固体氧化物燃料电池电堆的数学模型,验证了电堆模型的有效性。应用Matlab软件实现了对天然气预重整固体氧化物燃料电池的模拟,对重整温度、重整耗热量和重整氢气产生量进行了研究,重整器的最佳操作温度为800℃。通过对部分预重整比率与燃料电池电堆性能关系的研究,建议在直接内部重整燃料电池材料允许的条件下,采用较低的预重整比率。部分预重整与直接内部重整固体氧化物燃料电池的良好结合有利于提高整个燃料电池系统的性能。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 天然气预重整 直接内部重整 数学模型 性能模拟
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