プロトンセラミック燃料電池

中国エネルギー貯蔵ネットワークニュース：プロトンセラミック燃料電池（PCFC）は、水素と炭化水素を燃料として直接使用して、高温固体酸化物形燃料電池（SOFC）のように発電でき、燃料効率は50％を超える可能性があります。しかし、直接炭化水素燃料電池に関するこれまでの研究のほとんどは、酸素イオン伝導性電解質に基づく固体酸化物燃料電池に焦点を合わせてきました。炭素堆積（コークス化）は通常、そのような燃料電池が炭化水素化合物および/または硫黄含有燃料を直接使用する場合に発生します。また、硫黄中毒により、時間の経過とともにバッテリーの性能が大幅に低下します。プロトンセラミック燃料電池は、優れた電気的特性とコークス化防止特性を示しますが、以前の研究ではそれらを体系的に比較していません。

コロラド鉱業技術大学のChuanchengDuan（作品、中国名はDuan Chuancheng、2012年に大連工業大学を卒業、1年で大連工業大学を卒業）およびRyanO'Hayre（コミュニケーション）などの変更に基づく電池構造プロトンセラミック燃料電池を11種類の燃料で試験し、PCFCを系統的に研究した。

著者らは未処理の11基の燃料を直接使用しましたが、燃料電池は優れた性能を示し、特にNH3およびCH3OH燃料の性能は、H2Sで汚染された天然ガスを使用して1000時間運転した後でも、純粋な水素の性能にほぼ近かった。バッテリーの性能は大幅に低下していません。 PCFCは、SOFCよりも高い動作電圧、特に高い燃料使用率を維持できます。すべての燃料について、PCFCは運転中にコークス化の兆候を観察せず、温度は大きく変動しませんでした。ほとんどの場合、1000時間あたりのバッテリーのパフォーマンス低下率は1.5％未満でした。これは、PCFCが高温動作後に電解質相に均一なNiナノコーティングを生成するためです。このコーティングは、BZY（ドープされたジルコン酸イットリウムBaZr0.8Y0.2O3 –δ ）と連携してコークスの生成を抑制できます。また、セルフクリーニング硫黄除去メカニズムにより、大量の硫黄被毒に耐えることができます。

さらに説明すると、PCFCの電解質は高アルカリ性ですが、一般的なSOFCはより酸性であるため、表面の化学的差異が電極の性能に大きく影響する可能性があります。 BZY / BCYの水和により、表面と2相界面のO：C比が増加し、炭化抵抗が増加します。アノードにプロトン伝導性セラミック粒子が存在すると、硫黄の吸着が抑制され、硫黄の除去に寄与する可能性があります。密度汎関数理論研究は、COOH（Ni）がNi（111）およびNi（211）の表面に3つの炭素含有ヒドロキシル種の1つを形成する可能性が最も高いことを示しています。以前の研究では、WGS（水-ガスシフト）の速度によって、ステップ反応がCOOH（Ni）の形成であることが決定されることが示されています。コークスの除去速度は、COOH（Ni）の形成速度に正比例します。

熱安定性は、燃料電池の商品化にとって重要です。燃料として水素を使用するPCFCの急速な熱サイクル。各熱サイクルと32の熱サイクルすべてが完了すると、バッテリーの電流密度を初期電流密度の99.5％以上に戻すことができ、PCFCバッテリーの材料が非常に安定していることを示します。固有のサーマルサイクリング機能。 Ni-BZYベースのPCFCデバイスが示す優れた燃料適合性と長期耐久性、およびその固有の熱サイクル安定性は、この技術の幅広い展望と商用アプリケーションの可能性を浮き彫りにします。

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