Self-Standing Solid Oxide Fuel Cell Involving a Novel Reforming Structure for Hydrocarbon Fuels

自立式固体氧化物燃料电池涉及碳氢燃料的新型重整结构

• 批准号: 17F17069
• 负责人: 北原 辰巳
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17069/
• 关键词: 固体酸化物形燃料電池; 炭化水素燃料; 直接内部改質; 燃料自立型; 分離ドメイン; 燃料自立型固体酸化物形燃料電池; 有限要素法モデル

固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell:SOFC）は500～1000℃という作動温度から発電効率が高く，水素以外にも都市ガス，LPG，灯油などの炭化水素燃料からの発電が比較的容易である点から，大型発電所への設置や一般家庭用分散型電源として実用化が期待されている．またその作動温度により良質な高温廃熱を利用できることから，高効率コージェネレーション機器としても期待されている．本研究では，SOFCに都市ガスやバイオガス等の炭化水素燃料を供給して発電するための，より低コストかつシンプルなシステム構成として，従来の発電システムで電池の外部に設置している燃料改質器を用いず，電池内で燃料改質を行う直接内部改質に注目し，メタン改質(DIR)部と電気化学的水素酸化(EHO)部(発電部）を電池内で空間的に分離するための新規な「分離ドメイン」の実現を目的とした．これにより，電極上の炭素析出や水蒸気，温度分布による化学的・機械的劣化に対する耐久性や発電性能を維持しながら電池内で改質水素を生成する「自立型固体酸化物形燃料電池(Self-Standing (S2)-SOFC」の開発につながることが期待できる．当該年度は，DIR部多孔質円管をEHO部となる燃料極支持円筒型SOFCに内蔵した，二重円管によるS2-SOFCコンセプトの実現可能性を検討した．前年度に得られた有限要素法による数値モデルに基づいて，内径の異なる多孔質円筒を焼成して作製し，それらを電気炉内で保持する治具製作の上，ガスシールを施して組み立て，発電実証試験を行ったところ，起電力および発電電流を確認できた．S2-SOFCコンセプトの実現可能性が示されたとともに，改質部および発電部の最適三次元構造および運転条件の最適指針を得るための三次元的な物質輸送分布や温度分布を有限要素法モデルにより明確にできた．

由于工作温度为500-1000°C，固体氧化物燃料电池（固体氧化物燃料电池：SOFC）具有高功率发电效率，除了氢气外，从碳氢化合物（例如城市气体）中产生的氢气效率相对容易。出于这个原因，LPG和煤油。另外，预计将是高效的高温装置，因为由于工作温度，可以使用高质量的高温隔离设备。在这项研究中，燃油改革以传统的发电系统在电池外安装，作为较低的成本，更简单的系统配置，用于供应和发电燃料，例如城市气体和沼气，以便直接进行内部修改。在不使用高设备的情况下转换电池，甲烷修饰（DIR）和电化学氢氧化（EHO）部分（发电部分）是空间的。结果，“独立的氧化物燃料电池（自我）”在电池中产生修改的氢，同时维持耐久性和机械恶化，由于碳沉淀，水蒸气和温度分布而导致的机械恶化。为了开发-Standit（S2）-sofc“，预计将是DIR肖像圆柱形SOFC，它是DIR肖像，即EHO。检查了该概念的可行性，并基于获得的数值模型在上一年，进行了不同的内径，并在上面的电炉，组装和示范测试中进行，并确认了发电和发电概念的可行性，并确认了最佳的三路通过模型方法模型清楚地阐明了修改后的和发电的部分。

项目成果

Concentration gradient of reactants extending from reaction sites inward inlet periphery of fuel cells

• DOI: 10.1149/2.0871805jes
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of The Electrochemical Society
• 影响因子: 3.9
• 作者: Özgür Aydın;H. Nakajima

Designing graded catalytic domain to homogenize temperature distribution while dry reforming of CH4

• DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.07.084
• 发表时间: 2018-09-06
• 期刊: INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
• 影响因子: 7.2
• 作者: Aydin, Ozgur;Kubota, Atsushi;Shiratori, Yusuke
• 通讯作者: Shiratori, Yusuke

In Situ Measured Spatial Temperature Variations for Improving Reliability of Numerical SOFC Tools

现场测量空间温度变化以提高数值 SOFC 工具的可靠性

• DOI: 10.1149/07801.2191ecst
• 发表时间: 2017
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Ozgur Aydin;Hironori Nakajima;Tatsumi Kitahara
• 通讯作者: Tatsumi Kitahara

燃料電池システム研究室

燃料电池系统实验室

Mass transport limitation in inlet periphery of fuel cells: Studied on a planar Solid Oxide Fuel Cell

• DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.07.030
• 发表时间: 2018-09
• 期刊: International Journal of Hydrogen Energy
• 影响因子: 7.2
• 作者: Özgür Aydın;Tatsuhiro Ochiai;H. Nakajima;T. Kitahara;Kohei Ito;Y. Ogura;J. Shimano