鉅大LARGE | 點擊量:994次 | 2021年06月30日
解析碳燃料動力鋰電池的工作原理及優(yōu)勢
解析了碳燃料動力鋰電池的工作原理和優(yōu)勢
DirectCarbONFuelCell(DCFC)是一種以碳及其衍生物為燃料的燃料動力鋰電池。它具有能量轉(zhuǎn)換能力強、環(huán)境友好(不排放SOx和NOx、不出現(xiàn)噪聲污染)、燃料適應性廣等突出優(yōu)勢。它是一種具有廣闊應用前景的燃料動力鋰電池。
碳燃料動力鋰電池的原理
Directcarbonfuelcell(DCFC)是一種不用氣化直接將碳的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。這項技術(shù)的能量是現(xiàn)代燃煤發(fā)電廠的兩倍,燃料可能包括煤、焦炭、焦油、氣態(tài)碳和生物碳。
因為DCFC的總反應:
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
CO2+O2=C
因此,DCFC的理論能量轉(zhuǎn)換功率甚至略高于100%。為達到高能量和功率需求的高工作溫度,DCFC有兩種高溫工作方式:(1)熔融電解質(zhì)燃料動力鋰電池,其工作溫度為400~750℃;(2)SOFC的工作溫度為700~1000℃。
直接使用碳燃料動力鋰電池的好處
(1)DCFC能量轉(zhuǎn)換功率高,理論功率達到100%以上。燃料動力鋰電池動力的理論燃燒猜吉布斯自由能ΔG和包括燃料的化學能(焓)ΔH。
(2)DCFC的燃料利用率達到100%。因為反應物,固態(tài)碳和氣態(tài)產(chǎn)物,存在于不同的純相中,它們的化學勢(活度)不隨燃料轉(zhuǎn)換的程度和電池的方向而改變。這一特點使得所有添加的燃料可以一次全部轉(zhuǎn)化,即利用率可以達到100%,電池的理論電壓可以在整個碳轉(zhuǎn)化過程中保持在1.02v不變。傳統(tǒng)的燃料動力鋰電池,燃料循環(huán)只能部分轉(zhuǎn)化到一定程度,否則隨著燃料部分電壓的下降,電池電壓下降,所以傳統(tǒng)的燃料動力鋰電池要重復燃料循環(huán)來堅持燃料部分壓力。
(3)DCFC的污染排放較小,可以終止溫室氣體的減排。從化學反應的角度來看,DCFC發(fā)電和火電廠直接燃煤發(fā)電均采用煤的完全燃燒反應。然而,由于發(fā)電原理的不同,DCFC發(fā)電所排放的CO2、SOx、NOx、粉塵等污染物遠遠小于直接燃煤發(fā)電。
(4)DCFC碳燃料資源豐富,價格低廉。它可以從煤、石油焦、生物材料(如稻殼、果殼、稻草、草)甚至有機廢物中獲得。熱解后,將上述材料制備成碳顆粒的DCFC,其副產(chǎn)品氫可用于氫氧燃料動力鋰電池。因此,將直接碳燃料動力鋰電池與其它燃料動力鋰電池相結(jié)合,可以實現(xiàn)煤炭等儲量豐富、價格低廉的固體碳燃料的清潔高效利用。
(5)DCFC固體碳燃料能量密度大,便于儲存和運輸。
(6)DCFC的結(jié)構(gòu)可以模塊化。其他的固定發(fā)電廠不像火力發(fā)電廠那樣要那么多的水。這些特點使得DCFC特別適合于坑口電站的建設,將煤炭運輸轉(zhuǎn)化為電力輸送,從而減少煤炭運輸帶來的污染,節(jié)約運輸成本。
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