高效能量轉換和儲存過程的理論模擬,分析和實驗研究.pdf

1、開發(fā)高效能量轉換和儲存過程是解決能源問題的主要途徑之一。本文首先系統(tǒng)的概述了直接碳燃料電池和全釩液流儲能電池的發(fā)展歷程、研究方法和應用情況。然后對直接碳燃料電池進行了從單個碳顆粒,電極,單電池,到高效能量轉換過程的理論分析和模擬研究。開發(fā)了乙酰丙酮釩有機電解質并應用于液流儲能電池。
　　 直接碳燃料電池陽極理論研究。提出了直接碳燃料電池陽極多步驟電化學反應機理。在傳統(tǒng)電化學動力學基礎上,引入了基元反應平均反應時間,推導了陽極反應

2、動力學方程。建立了碳材料(炭黑和石墨)微觀結構模型。定義了活性碳原子濃度。在Nernst方程中引入了固體活度項用于考察直接碳燃料電池的熱力學性能。結果表明,修正后的方程所預測的趨勢與實驗結果相同。
　　 直接碳燃料電池單電池的理論模擬和分析。模型綜合考慮了電化學動力學,傳質過程和電極反應過程。模擬結果揭示了對直接碳燃料電池單電池實驗研究和商業(yè)應用有價值的重要特點。由模擬結果可知,在單電池工作溫度范圍內,電池反應受陽極活化極化步驟

3、控制。電池工作溫度對各種極化損失尤其是陽極活化極化產生重要影響。發(fā)生反應的電極表面積大小和電子傳遞路徑是影響電池性能的重要因素。在碳顆粒直徑為1.0×10-7-1.0×10-4 m范圍內,單電池功率密度高達200-500 W m-2。
　　 基于甲烷催化裂解過程和雙燃料電池的高效化學能轉換過程的理論模擬和分析。提出了兩個基于甲烷催化裂解過程、直接碳燃料電池、內重整固體氧化物燃料電池和氣體透平的高效能量轉換過程。對以上過程的主要部

4、件建立了數(shù)學模型。對直接碳燃料電池和內重整固體氧化燃料電池進行了比較研究。結果顯示,前者具有優(yōu)良的高負載輸出性能,后者在低負載條件下表現(xiàn)較好。采用能量分析和Exergy分析方法對提出的能量轉換體系進行了研究。兩個體系的第二定律電效率分別達到52％和69％,第二定律熱電聯(lián)產效率分別超過70％和80％。討論了廢熱進一步回收的可行性。理論上,以上體系可以實現(xiàn)80％的CO2減排。
　　 開發(fā)了一種新型的單組分液流儲能電池有機電解質。采用