固体氧化物燃料电池Cu/Ni-LSCM阳极中n(Cu)/n(Ni)对碳沉积影响数值模拟研究

WANG Bin,YU Jie,KANG Dingwen, LIU Hui,QIAO Cui,LYU Guoqiang,MA Wenhui

Chemical Industry and Engineering（2022）

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摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)使用碳氢化合物为燃料时,多孔阳极易出现严重的积碳的现象,导致阳极催化活性降低,电池功率密度下降以及电池寿命急剧衰减.铬酸镧基钙钛矿材料在高温氧化和还原气氛下具有较好的稳定性、电催化活性和抗积碳性能.建立LSCM以及Cu/Ni-LSCM 中CH4与CO2干重整动力学模型,模型耦合了动量传递、质量传递、化学反应动力学、域微分方程以及气体在多孔介质中的传质模型,并利用该模型研究了 Cu/Ni-LSCM阳极材料的抗积碳性能、催化活性以及孔隙率随时间的变化情况.得出结论:Cu的引入可以明显降低碳沉积速率,在一定基础上增加燃料转化率.其中CH4热分解是形成积碳的主要原因.与此同时,模拟结果显示阳极燃料入口处为碳沉积最为严重的区域.

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