Прямоугольный топливный элемент
Топливный элемент с прямым углеродом (DCFC) — это топливный элемент , в котором в качестве топлива используется богатый углеродом материал, например биомасса. [1] или уголь. [2] Клетка производит энергию путем объединения углерода и кислорода, в результате чего в качестве побочного продукта выделяется углекислый газ. [3] Его также называют угольными топливными элементами (CFC), углеродно-воздушными топливными элементами (CAFC), прямыми углеродно-угольными топливными элементами (DCFC) и DC-TOFC.
Суммарная реакция клетки C + O 2 → CO 2 . Процесс в записи половинной ячейки:
- Анод: С + 2О 2− → СО 2 + 4е −
- Катод: О 2 + 4е − → 2О 2−
Несмотря на выброс углекислого газа, топливный элемент с прямым углеродом более экологичен, чем традиционные методы сжигания углерода. Благодаря более высокой эффективности для производства того же количества энергии требуется меньше углерода. Кроме того, поскольку выбрасывается чистый углекислый газ, методы улавливания углерода намного дешевле, чем для обычных электростанций. Используемый углерод может быть в форме угля , кокса , полукокса или неископаемого источника углерода. [4] [5] [6] Существует как минимум четыре типа DCFC.
Конструкция на основе твердооксидного топливного элемента
[ редактировать ]Анодные реакции:
Прямой путь электрохимического окисления:
- С+2О 2− → СО 2 + 4е −
- С + О 2− → СО+ 2е −
Косвенный путь электрохимического окисления: CO + O. 2− → СО 2 + 2е −
Реакция Будуара (косвенный путь химической реакции): C + CO 2 → 2CO
Катодная реакция: O 2 + 4e − → 2О 2−
Топливный элемент с расплавленными гидроксидами
[ редактировать ]Уильям В. Жак получил патент США № 555 511 на топливный элемент этого типа в 1896 году. Прототипы были продемонстрированы исследовательской группой SARA, Inc. [9]
Топливный элемент с расплавленным карбонатом
[ редактировать ]Уильям В. Жак получил канадский патент на топливный элемент из расплавленного карбоната в 1897 году. [10] Он получил дальнейшее развитие в Ливерморской лаборатории Лоуренса . [11]
Анод из расплавленного олова
[ редактировать ]В этой конструкции расплавленное олово и оксид олова используются в качестве промежуточной реакции между окислением углерода, растворяющегося в аноде, и восстановлением кислорода на твердооксидном катоде. [12] [13]
См. также
[ редактировать ]Внешние ссылки
[ редактировать ]- ЦСИРО Энергия
- ERTL, Школа экологических наук и инженерии, Институт науки и технологий Кванджу. Архивировано 21 августа 2014 г. в Wayback Machine.
- CSIRO Усовершенствованная углеродная энергия
- Прямые углеродные топливные элементы — технология со сверхнизким уровнем выбросов для производства электроэнергии
- Топливные элементы с прямым выбросом углерода: альтернатива водородной экономике?
- Семинар по производству углеродных топливных элементов
- Более пристальный взгляд на топливные элементы с прямым углеродом: идеальную технологию преобразования биомассы?
- DCFC Paper, Усовершенствованный анодный интерфейс для электрохимического окисления твердого топлива в топливных элементах с прямым углеродом: роль жидкого олова в смешанном состоянии
- Обзор науки и технологий
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Маннингс, К.; Кулкарни, А.; Гидди, С.; Бадвал, СПС (август 2014 г.). «Преобразование биомассы в энергию в топливном элементе с прямым углеродом». Международный журнал водородной энергетики . 39 (23): 12377–12385. doi : 10.1016/j.ijhydene.2014.03.255 .
- ^ Рэди, Адам Дж.; Гиддей, Сарбджит; Кулкарни, Анируддха; Бадвал, Сухвиндер П.С.; Бхаттачарья, Санкар (октябрь 2014 г.). «Механизм разложения в углеродном топливном элементе, работающем на деминерализованном буром угле». Электрохимия Акта . 143 : 278–290. дои : 10.1016/j.electacta.2014.07.088 .
- ^ Гидди, С; Бадвал СПС; Кулкарни А; Маннингс С. (2012). «Всесторонний обзор технологии топливных элементов с прямым углеродом». Прогресс в области энергетики и науки о горении . 38 (3): 360–399. дои : 10.1016/j.pecs.2012.01.003 .
- ^ Рэди, Адам Дж.; Гиддей, Сарбджит; Кулкарни, Анируддха; Бадвал, Сухвиндер П.С.; Бхаттачарья, Санкар (октябрь 2014 г.). «Механизм разложения в углеродном топливном элементе, работающем на деминерализованном буром угле». Электрохимия Акта . 143 : 278–290. дои : 10.1016/j.electacta.2014.07.088 .
- ^ Маннингс, К.; Кулкарни, А.; Гидди, С.; Бадвал, СПС (август 2014 г.). «Преобразование биомассы в энергию в топливном элементе с прямым углеродом». Международный журнал водородной энергетики . 39 (23): 12377–12385. doi : 10.1016/j.ijhydene.2014.03.255 .
- ^ Хён Кук Джу, Джиён Ом, Джэ Кван Ли, Хокён Чой, Так-Хён Лим, Рак-Хён Сон и Джэён Ли, Долговечность энергетической эффективности беззольного угольного топливного элемента, Electrochimica Acta 115 (2014) 511. doi :10.1016/j.electacta.2013.10.124
- ^ Кулкарни; Ф. Т. Чакки; С. Гидди; С. Маннингс; СПС Бадвал; Дж. А. Кимптон; Д. Фини (2012). «Смешанный ионно-электронный перовскитовый анод для прямых углеродных топливных элементов». Международный журнал водородной энергетики . 37 (24): 19092–19102. doi : 10.1016/j.ijhydene.2012.09.141 .
- ^ Технология трубчатых твердооксидных топливных элементов , Министерство энергетики США , получено 1 января 2012 г.
- ^ Обильное производство электроэнергии без загрязнения окружающей среды , заархивировано из оригинала 26 апреля 2012 г. , получено 1 января 2012 г.
- ^ «ЦИПО-Патент-55129» . Архивировано из оригинала 29 октября 2008 г. Проверено 13 сентября 2008 г.
- ^ Превращение углерода непосредственно в электричество , 2001 г., архивировано из оригинала 18 февраля 2012 г. , получено 1 января 2012 г.
- ^ https://web.archive.org/web/20090302040721/http://celltechpower.com/technology.htm . Архивировано из оригинала 2 марта 2009 года . Проверено 18 февраля 2009 г.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|title=( помощь ) - ^ Хён Кук Джу, Сунхён Ом, Джин Вон Ким, Рак-Хён Сон, Хокён Чой, Си-Хён Ли, Джеён Ли, Усовершенствованный анодный интерфейс для электрохимического окисления твердого топлива в топливных элементах с прямым углеродом: роль жидкого олова в смешанном состоянии , Журнал источников энергии 198 (2012) 36. doi:10.1016/j.jpowsour.2011.09.082