摘要
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，SOFC)是现行综合热效率及发电效率最高的一类燃料电池形式，其高的反应温度可进行燃料的充分利用，而且燃料选择范围较广，采用固体氧化物YSZ作为电解质，不受贵金属催化剂耐碳性较弱的限制。甲醇重整制氢是一种较为成熟的制氢工艺，但是极少用于SOFC电堆发电系统。 针对上述研究方向，重整制氢单元与电堆单元进行耦合后的系统研究显得尤为重要了。了解SOFC在重整工况下的运行状态及电性能输出、衰减机理及速率等都是非常重要的。本文主要研究成果及内容如下： (1)本文就SOFC实验电堆基础性能进行了表征，并就还原过程中开路电压与氢气浓度变化的关系进行了分析，针对36片SOFC大电堆做了基础性能参数分析，电堆基础发电功率可达1000W。对36片电堆分模块进行监测分析，并针对不同实验参数对于电堆性能的影响进行了实验。使用3片SOFC电堆研究了温度对于电堆的基础电性能影响，及温度与电流密度之间的变化关系等；随着温度的升高，电流密度也逐渐升高；在不同电流密度工况下的电池内部动力学损耗进行了分析。后期3片小电堆进行了高电流密度条件下的热循环与长期性实验，对电堆基础热循环后的衰减率进行分析计算。 (2)对甲醇水蒸气重整制氢反应过程中的反应温度、原料水醇比、反应压力等对于重整制氢效果的影响进行了分析实验与模拟，同时也对系统关键部件-重整器进行了多物理场模拟分析，并就下一步实验进行了改进分析。实验表明水醇比是影响实验效果的重要因素，选取了最佳水醇比；研究不同反应压力下的制氢效果，模拟分析重整器多物理场模拟分布，就重整器内部流场及分布进行分析。 (3)将重整制氢单元与SOFC电池单元进行耦合串联，利用高温尾气对重整进行换热利用，实现了能量的梯级利用。调节重整参数，使系统可稳定运行，电堆功率输出稳定；研究了不同重整温度对甲醇重整SOFC耦合系统的性能参数影响及其反应原理；根据系统热循环前后系统电性能输出单元变化趋势，进行分析总结，并就衰减速率进行估算，后期拆堆对电堆模块进行结果反馈分析 本研究设计并测试了功率为1000W甲醇重整SOFC系统。将甲醇重整制氢系统与SOFC发电相结合，通过实验研究制氢系统与SOFC电堆之间耦合后的的相互影响机理，为后续理论分析和试验研究提供数据基础和实际指导。
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