低浓度煤层气固体氧化物燃料电池性能分析及优化

作者：王鑫鑫; 周福宝; 凌意瀚^*; 王祖婧; 王绍荣

来源：硅酸盐学报, 2022, 50(10): 2599-2610.

DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20220111

• 低浓度煤层气
• 固体氧化物燃料电池
• 积碳
• 脱氧提浓
• 多场耦合

井下抽采煤层气的 CH4浓度低、具有爆炸风险，利用困难。为此提出了低浓度煤层气为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)安全高效发电新方法，开展了可消除低浓度煤层气爆炸风险的变压吸附脱氧提浓实验和大尺寸 SOFC 单片电池堆实验，建立了 SOFC 多场耦合数值模型。结果表明：变压吸附可使 CH4体积分数提高 1.36 倍，脱氧率达 84.5%，满足 SOFC 安全高效利用要求；低浓度煤层气燃料单电池功率密度达 110.2 mW/cm2，但长期放电后阳极积碳，导致性能衰减；数值模拟表明降低放电电压、提高燃料 O2 和 CH4体积比、减少阳极进气流速可减少积碳，但会降低发电性能。

• 单位
  煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室; 物理学院; 中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）