固體氧化物燃料電池能量轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存
本書(shū)重點(diǎn)介紹電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，闡釋電化學(xué)科學(xué)與先進(jìn)能源轉(zhuǎn)化裝置關(guān)系。針對(duì)當(dāng)前清潔能源發(fā)電及儲(chǔ)能等關(guān)鍵問(wèn)題，概述燃料電池的發(fā)展歷史、應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，講述電化學(xué)反應(yīng)體系的基本原理、分類、熱力學(xué)和電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、電化學(xué)體系中的傳遞過(guò)程；針對(duì)工程應(yīng)用，深入研討三大類反應(yīng)裝置（化學(xué)能到電能的直接轉(zhuǎn)化-燃料電池；電能到化學(xué)能的直接轉(zhuǎn)化：電解池
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目錄
前言
主要符號(hào)對(duì)照表
第1章 緒論 1
參考文獻(xiàn) 7
第2章 熱力學(xué) 8
2.1 引言 8
2.2 可逆性 8
2.3 燃料電池最大電功與效率極限 9
2.3.1 Gibbs自由能與最大電功 9
2.3.2 效率與效率極限 11
2.4 燃料電池的電動(dòng)勢(shì) 15
2.4.1 Gibbs自由能與電動(dòng)勢(shì) 15
2.4.2 非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)電動(dòng)勢(shì) 17
2.5 界面電勢(shì)差 25
2.5.1 雙電層 25
2.5.2 相間電勢(shì) 26
2.5.3 電化學(xué)勢(shì) 28
參考文獻(xiàn) 30
第3章 反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 31
3.1 引言 31
3.2 質(zhì)量作用定律 31
3.3 基元反應(yīng) 33
3.4 化學(xué)反應(yīng)速率理論 34
3.4.1 分子間碰撞 34
3.4.2 分子與固體表面碰撞 36
3.4.3 基于碰撞理論的反應(yīng)速率表達(dá)式 38
3.5 非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 41
3.5.1 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式 41
3.5.2 通用表面動(dòng)力學(xué)形式 48
3.5.3 黏附系數(shù) 50
3.6 電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 51
3.6.1 電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)引言 51
3.6.2 活化能與反應(yīng)速率 53
3.6.3 平衡狀態(tài)下的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 55
3.6.4 電勢(shì)與電化學(xué)反應(yīng)速率的定量關(guān)聯(lián) 56
參考文獻(xiàn) 62
第4章 固體氧化物燃料電池 63
4.1 引言 63
4.2 SOFC的研發(fā)進(jìn)展 64
4.3 SOFC工作原理 67
4.4 三相界面電化學(xué)氧化反應(yīng)機(jī)理 69
4.4.1 H2電化學(xué)氧化反應(yīng)機(jī)理 69
4.4.2 CO電化學(xué)氧化反應(yīng)機(jī)理 75
4.5 碳?xì)淙剂蟂OFC 77
4.5.1 碳?xì)淙剂现卣磻?yīng)機(jī)理 77
4.5.2 碳?xì)淙剂现苯与娀瘜W(xué)氧化反應(yīng)機(jī)理 83
4.6 積碳特性與反應(yīng)機(jī)理 84
4.6.1 熱力學(xué)分析 84
4.6.2 積碳反應(yīng)機(jī)理 85
4.6.3 抗積碳材料 86
4.7 H2S中毒及氧化 87
4.8 SOFC發(fā)電系統(tǒng) 89
4.8.1 SOFC簡(jiǎn)單循環(huán)發(fā)電系統(tǒng) 89
4.8.2 SOFC-GT混合發(fā)電系統(tǒng) 91
4.9 本章小結(jié) 94
參考文獻(xiàn) 95
第5章 固體氧化物燃料電池模型 100
5.1 引言 100
5.2 SOFC模擬研究意義 100
5.3 SOFC模型類型 101
5.3.1 膜電極模型 101
5.3.2 電池單元及電堆模型 102
5.3.3 系統(tǒng)模型 103
5.4 紐扣電池模型 104
5.4.1 模擬計(jì)算域與模型假設(shè) 105
5.4.2 反應(yīng)機(jī)理 106
5.4.3 控制方程 108
5.4.4 邊界條件設(shè)置 114
5.4.5 模型參數(shù) 114
5.4.6 模擬結(jié)果分析 115
5.5 SOFC電池單元與電堆模型 118
5.5.1 模型求解域 119
5.5.2 控制方程 120
5.5.3 邊界條件 122
5.5.4 模擬結(jié)果分析 123
5.6 發(fā)電系統(tǒng)模型 128
5.6.1 西門(mén)子-西屋公司SOFC-GT混合發(fā)電系統(tǒng) 129
5.6.2 準(zhǔn)二維SOFC模型 130
5.6.3 GT模型 137
5.6.4 換熱器模型 137
5.6.5 重整器模型 138
5.6.6 燃燒器模型 140
5.6.7 模擬結(jié)果分析 140
5.7 本章小結(jié) 144
參考文獻(xiàn) 144
第6章 固體氧化物火焰燃料電池 148
6.1 引言 148
6.2 發(fā)展概況及工作原理 149
6.2.1 發(fā)展概況 149
6.2.2 工作原理 150
6.3 SOFC熱應(yīng)力及抗熱震性 152
6.3.1 FFC熱應(yīng)力分析模型 153
6.3.2 FFC啟動(dòng)中熱應(yīng)力及抗熱震性 156
6.3.3 FFC運(yùn)行中熱應(yīng)力 157
6.4 燃燒器富燃重整特性 160
6.4.1 自由空間富燃燃燒 160
6.4.2 多孔介質(zhì)富燃燃燒 161
6.5 富燃火焰與燃料電池的耦合匹配特性 164
6.5.1 FFC基礎(chǔ)性能 164
6.5.2 FFC電池單元構(gòu)型 169
6.5.3 SOFC與富燃火焰耦合作用機(jī)制 171
6.6 FFC熱電聯(lián)供系統(tǒng) 172
6.6.1 基于FFC的微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)模型 173
6.6.2 富燃當(dāng)量比對(duì)系統(tǒng)性能的影響 175
6.6.3 燃料利用率對(duì)系統(tǒng)性能的影響 177
6.6.4 不同系統(tǒng)構(gòu)型比較 178
6.7 挑戰(zhàn)與展望 178
參考文獻(xiàn) 179
第7章 固體氧化物直接碳燃料電池 182
7.1 引言 182
7.2 DCFC熱力學(xué)分析 184
7.2.1 DCFC的開(kāi)路電壓 184
7.2.2 DCFC的理論效率 185
7.2.3 DCFC實(shí)際效率分析 185
7.3 SO-DCFC結(jié)構(gòu)及分類 186
7.3.1 多孔固體陽(yáng)極SO-DCFC 186
7.3.2 熔融碳酸鹽陽(yáng)極SO-DCFC 188
7.3.3 液態(tài)金屬陽(yáng)極SO-DCFC 191
7.4 多孔固體陽(yáng)極SO-DCFC 193
7.4.1 CO反應(yīng)傳遞影響 194
7.4.2 水蒸氣氣化的影響 195
7.4.3 催化氣化反應(yīng)的影響 196
7.4.4 碳間接反應(yīng)的影響 198
7.5 熔融碳酸鹽陽(yáng)極SO-DCFC 200
7.5.1 熔融碳酸鹽浸潤(rùn)特性的影響 200
7.5.2 熔融碳酸鹽陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理 203
7.6 液態(tài)金屬陽(yáng)極SO-DCFC 207
7.6.1 金屬氧化物對(duì)液態(tài)金屬陽(yáng)極的影響 207
7.6.2 液態(tài)金屬陽(yáng)極中的碳轉(zhuǎn)化機(jī)理 210
7.7 DCFC電堆及系統(tǒng) 215
7.8 挑戰(zhàn)與展望 218
7.8.1 DCFC的技術(shù)挑戰(zhàn) 218
7.8.2 展望 221
參考文獻(xiàn) 222
第8章 固體氧化物電解池及其可逆化操作 232
8.1 引言 232
8.2 SOEC的基本原理 234
8.3 三相界面的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 237
8.3.1 H2O/H2電化學(xué)轉(zhuǎn)化 238
8.3.2 CO2/CO電化學(xué)轉(zhuǎn)化 241
8.4 多孔電極中多相催化與電化學(xué)反應(yīng)耦合 245
8.4.1 基本電化學(xué)性能 245
8.4.2 燃料極空間積碳特性 247
8.4.3 共電解H2O/CO2直接合成甲烷機(jī)理 247
8.4.4 介尺度多孔電極基元反應(yīng)模型 249
8.4.5 多孔燃料極的化學(xué)/電化學(xué)反應(yīng)分區(qū) 254
8.4.6 電極反應(yīng)與傳遞過(guò)程耦合 257
8.4.7 輔助電解降低電耗 258
8.5 管式單元產(chǎn)物定向調(diào)控和動(dòng)態(tài)特性 263
8.5.1 管式SOEC單元共電解H2O/CO2電化學(xué)性能 264
8.5.2 管式SOEC共電解H2O/CO2甲烷生成特性 264
8.5.3 多物理場(chǎng)耦合的管式SOEC熱電模型 265
8.5.4 管式SOEC的熱效應(yīng) 268
8.5.5 管式SOEC甲烷合成定向調(diào)控 268
8.5.6 管式SOEC動(dòng)態(tài)特性 271
8.6 可再生能源電制氣分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)能效與穩(wěn)定性 272
8.6.1 SOEC可逆化操作實(shí)現(xiàn)多能源轉(zhuǎn)化 273
8.6.2 SOEC電解合成甲烷子系統(tǒng)分析 274
8.6.3 風(fēng)電融入下的可逆SOEC儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 275
8.7 挑戰(zhàn)與展望 278
參考文獻(xiàn) 279
第9章 固體氧化物電池實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)及分析方法 285
9.1 引言 285
9.2 穩(wěn)態(tài)測(cè)試技術(shù) 286
9.2.1 電化學(xué)基礎(chǔ)變量：電壓、電流和時(shí)間 286
9.2.2 極化曲線 287
9.3 瞬態(tài)測(cè)試技術(shù) 288
9.3.1 EIS測(cè)試技術(shù) 288
9.3.2 基于機(jī)理模型的解譜技術(shù) 290
9.4 電化學(xué)反應(yīng)體系的原位測(cè)試與分析 294
9.4.1 拉曼光譜原理 295
9.4.2 高溫原位拉曼光譜在SOC反應(yīng)體系的應(yīng)用 297
9.5 基于圖案電極的測(cè)試技術(shù)與反應(yīng)機(jī)理解析 302
參考文獻(xiàn) 305
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