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根据爱达荷州国家实验室研究人员发表的一篇新文章，由固体碳驱动的燃料电池技术的进步可以使煤炭和生物质等资源的发电更加高效。 燃料电池设计融合了三个组件的创新：阳极，电解质和燃料。 总的来说，这些进步使得燃料电池可以使用比早期的直接碳燃料电池（DCFC）设计大约三倍的碳。 据INL材料工程师董丁介绍，燃料电池在较低的温度下运行，并且比以前的DCFC具有更高的最大功率密度。 在本周的“高级材料”杂志上可以看到结果。 不同于氢燃料电池（例如质子交换膜（PEM）和其他燃料电池）通过纯氢和氧气之间的化学反应产生电力，DCFC可以使用任何数量的碳基资源用于燃料，包括煤，焦炭，焦油， 生物质和有机废物。 由于DCFC使用容易获得的燃料，它们比传统的氢燃料电池更有效率。 “你可以跳过氢能的高耗能步骤，”丁说。 但是早期的DCFC设计有几个缺点：它们需要高温（700至900摄氏度），这使得它们效率较低且较不耐用。 此外，它们通常需要较昂贵材料构成来对付热量。 而且，早期的DCFC设计不能有效地利用碳燃料。 丁和他的同事们通过设计一种真正的直接碳燃料电池解决了这些挑战，它能够在低于600摄氏度的低温下工作。 燃料电池利用固体碳，经过精细研磨并通过气流注入电池。 研究人员通过使用高导电性材料掺杂的氧化铈和碳酸盐来开发电解质来解决对高温的要求。 这些材料在较低温度下保持其性能。 接下来，他们通过开发一种三维陶瓷纺织阳极设计来提高碳利用率，将纤维束像一块布一样交织在一起。 纤维本身是中空的和多孔的。 所有这些特征结合起来使与碳燃料发生化学反应可用的表面积最大化。 最后，研究人员开发了一种由固体碳和碳酸盐制成的复合燃料。 Ding说：“在工作温度下，复合材料是流体状的。 “它可以很容易地流入界面。”熔融碳酸盐将固体碳带入中空纤维和阳极的针孔，增加了燃料电池的功率密度。 由此产生的燃料电池看起来像一块绿色的陶瓷手表电池，厚度和一张施工纸一样厚。 一个更大的面积是每边10厘米。 根据应用，燃料电池可以堆叠在另一个之上。 该技术具有改善煤炭和生物质等碳燃料利用的潜力，因为直接碳燃料电池产生二氧化碳而不会混入其他气体和来自燃煤发电厂烟雾中的微粒。 Ding说，这使得更容易实施碳捕集技术。 先进的DCFC设计已经引起业界的关注。 丁和他的同事正在与盐湖城的Storagenergy公司合作申请能源部小型企业创新研究（SBIR） - 小型企业技术转让（STTR）的资金机会。 结果将于2018年2月公布。一家加拿大能源相关公司也对这些DCFC技术表示出兴趣。 |
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