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

基本信息

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

项目摘要

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．

固体氧化物燃料电池（SOFC）由于其工作温度为500至1000℃，因此发电效率较高，并且相对容易利用除氢气之外的城市煤气、液化石油气和煤油等碳氢化合物燃料发电。预计将安装在大型发电厂，作为普通家庭的分布式电源投入实际使用。此外，由于其工作温度允许其利用高质量的高温余热，因此有望用作高效的热电联产装置。在这项研究中，我们将介绍一种安装在传统发电系统中电池外部的燃料重整器，作为一种成本更低、更简单的系统配置，用于向 SOFC 供应城市煤气或沼气等碳氢化合物燃料来发电。不使用重整器而在电池内对燃料进行重整，并且甲烷重整器（DIR）部分和电化学氢氧化（EHO）部分（发电部分）在电池内空间分离的目的是实现新的“重整”。分离域”进行分离。这使得创建“自给式固体氧化物燃料电池”成为可能，该电池在电池内产生重整氢，同时保持耐用性和发电性能，防止碳沉积、水蒸气和温度分布引起的化学和机械退化。 - 站立式。在本财年，我们将开发具有双圆管的S2-SOFC概念，其中DIR部分的多孔圆管内置于支撑圆柱形SOFC的燃料电极中，这将成为EHO部分，我们研究了可行性。根据前一年使用有限元方法获得的数值模型，烧制并制造不同内径的多孔圆柱体。在制作了固定S2-SOFC的夹具并用气封组装后，我们进行了发电演示测试，证实了S2-SOFC概念的可行性，并使用有限元方法模型对其进行了改造。明确三维传质分布和温度分布，以获得发电段和发电段的最佳三维结构和运行工况。