Топливный элемент с прямым углеродом - Direct carbon fuel cell

А Топливный элемент с прямым углеродом (DCFC) - это топливная ячейка который использует богатый углеродом материал в качестве топлива, например, биомассу[1] или уголь.[2] Ячейка вырабатывает энергию, объединяя углерод и кислород, который выделяет углекислый газ в качестве побочного продукта.[3] Его также называют угольными топливными элементами (CFC), углеродно-воздушными топливными элементами (CAFC), угольными / угольными топливными элементами (DCFC) и DC-SOFC.

Суммарная реакция клетки - C + O2 → CO2. Процесс в полуклеточной нотации:

  • Анод: C + 2O2− → CO2 + 4e−
  • Катод: O2 + 4e− → 2O2−

Несмотря на выброс углекислого газа, топливный элемент с прямым выбросом углерода является более экологически чистым, чем традиционные методы сжигания углерода. Из-за более высокой эффективности требуется меньше углерода для производства того же количества энергии. Кроме того, поскольку выделяется чистый углекислый газ, улавливание углерода техника намного дешевле, чем для обычных электростанций. Утилизированный уголь может быть в виде каменный уголь, кокс, char, или нефоссилизируемый источник углерода.[4][5][6]Существует как минимум четыре типа DCFC.

Твердооксидный топливный элемент основанный дизайн[7][8]

Анодные реакции:

Путь прямого электрохимического окисления:

C + 2O2− → CO2 + 4e−
C + O2− → CO + 2e−

Путь косвенного электрохимического окисления: CO + O2− → CO2 + 2e−

Реакция Будуара (косвенный путь химической реакции): C + CO2 → 2CO

Катодная реакция: О2 + 4e− → 2O2−

Топливный элемент с расплавом гидроксидов

Уильям В. Жак получил патент США 555 511 на этот тип топливного элемента в 1896 году. Опытные образцы были продемонстрированы исследовательской группой SARA, Inc.[9]

Топливный элемент с расплавленным карбонатом

Уильям В. Жак получил канадский патент на этот тип топливного элемента в 1897 году.[10]Дальнейшее развитие он получил в Лаборатория Лоуренса Ливермора.[11]

Анод из расплавленного олова

В этой конструкции используются расплавленное олово и оксид олова в качестве межстадийной реакции между окислением углерода, растворяющегося в аноде, и восстановлением кислорода на твердооксидном катоде.[12][13]

Смотрите также

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ Munnings, C .; Кулкарни, А .; Гиддей, С .; Бадвал, С.П.С. (Август 2014 г.). «Преобразование биомассы в энергию в топливном элементе с прямым выбросом углерода». Международный журнал водородной энергетики. 39 (23): 12377–12385. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2014.03.255.
  2. ^ Рэди, Адам С .; Гидди, Сарбджит; Кулкарни, Анируддха; Badwal, Sukhvinder P.S .; Бхаттачарья, Санкар (октябрь 2014 г.). «Механизм деградации в топливном элементе с прямым выбросом углерода, работающим на деминерализованном буром угле». Electrochimica Acta. 143: 278–290. Дои:10.1016 / j.electacta.2014.07.088.
  3. ^ Гиддей, С; Badwal SPS; Кулкарни А; Маннингс С. (2012). «Комплексный обзор технологии топливных элементов с прямым выбросом углерода». Прогресс в области энергетики и горения. 38 (3): 360–399. Дои:10.1016 / j.pecs.2012.01.003.
  4. ^ Рэди, Адам С .; Гидди, Сарбджит; Кулкарни, Анируддха; Badwal, Sukhvinder P.S .; Бхаттачарья, Санкар (октябрь 2014 г.). «Механизм деградации в топливном элементе с прямым выбросом углерода, работающем с деминерализованным бурым углем». Electrochimica Acta. 143: 278–290. Дои:10.1016 / j.electacta.2014.07.088.
  5. ^ Munnings, C .; Кулкарни, А .; Гиддей, С .; Бадвал, С.П.С. (Август 2014 г.). «Преобразование биомассы в энергию в топливном элементе с прямым выбросом углерода». Международный журнал водородной энергетики. 39 (23): 12377–12385. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2014.03.255.
  6. ^ ХёнКук Джу, Джиён Ём, Дже Кван Ли, Хокён Чой, Так-Хён Лим, Рак-Хён Сон и Джэён Ли, Долговечные энергетические характеристики беззольного топливного элемента с прямым беззольным углем, Electrochimica Acta 115 (2014) 511. DOI: 10.1016 / j.electacta.2013.10.124
  7. ^ Кулкарни; FT Ciacchi; С. Гиддей; C Маннингс; SPS Badwal; JA Kimpton; Д Фини (2012). "Перовскитовый анод со смешанной ионно-электронной проводимостью для топливных элементов с прямым углеродом". Международный журнал водородной энергетики. 37 (24): 19092–19102. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2012.09.141.
  8. ^ Технология трубчатых твердооксидных топливных элементов, Департамент энергетики США, получено 2012-01-01
  9. ^ Обильное производство электроэнергии без загрязнения окружающей среды, заархивировано из оригинал на 2012-04-26, получено 2012-01-01
  10. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-10-29. Получено 2008-09-13.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  11. ^ Превращение углерода в электричество, 2001, архивировано из оригинал на 2012-02-18, получено 2012-01-01
  12. ^ https://web.archive.org/web/20090302040721/http://celltechpower.com/technology.htm. Архивировано из оригинал 2 марта 2009 г.. Получено 18 февраля, 2009. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  13. ^ ХёнКук Джу, Сонхён Ом, Джин Вон Ким, Рак-Хён Сон, Хокён Чой, Си-Хён Ли, Джэён Ли, Улучшенный анодный интерфейс для электрохимического окисления твердого топлива в топливных элементах с прямым углеродом: роль жидкого Sn в смешанном состоянии, Журнал источников энергии 198 (2012) 36. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2011.09.082