Термодинамическое компьютерное моделирование равновесий в системах, имитирующих карбонатный топливный элемент

• Автор: Лимановская, Оксана Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 187 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
Введение.

1. Литературный обзор

1.1. Топливные элементы. Карбонатные топливные элементы

1.2. Топливо и его подготовка для карбонатных топливных элементов

1.3. Коррозия.

1.4. Термодинамическое моделирование. Основные принципы.

1.5. Применение термодинамическот моделирования.

Выводы по главе.

2. Методика расчетов

2.1. Моделирование конверсии топлива

2.2. Моделирование коррозии электродных материалов
Выводы по главе.
3. Топливо
3.1 Конверсия топлива.
3.2. Паровая конверсия углеводородов и спиртов в присутствии расплавленных карбонатов щелочных металлов
3.3. Конверсия топлива, загрязненного примесями сероводорода
и аммиака.
3.4. Изменения компонентного состава газовой и солевой фаз при функционировании топливного элемента с расплавленным карбонатным электролитом.
3.5. Получение чистого водорода
Выводы по главе
4. Коррозии электродных материалов
4.1. Коррозия анодных материалов.
4.2. Коррозия катодных материалов
Выводы по главе
Заключение.
Список использованных источников


Электролит играет роль изолятора, ионного проводника и газового барьера между электродами. Рис. Работающие топливные элементы дают постоянный ток с плотностями токов, достигающими нескольких Асм2. Напряжение на единичной ячейки меняется от 0,5 до 1В. Для получения более высоких значений напряжения на практике топливные ячейки соединяют в батареи. При плоском дизайне соединение ячеек осуществляется соединением индивидуальных ячеек через биполярную пластину между ними. Эта пластина обеспечивает электрический контакт между анодом одной ячейки и катодом соседней ячейки, сохраняя разделение их газовых фаз рис. Пластины изготовлены так, чтобы обеспечить доступ топлива и окислителя отдельно к каждой ячейке. Материалы пластин металлы, рафиг или проводящая керамика. Рис. Система топливного элемента состоит из 4 основных секций рис. Система низкотемпературных топливных элементов включает в себя второй препроцессорный шаг реакция паровой конверсии в которой СО реагирует с паром и получается СОг и водород. Этот процесс требует относительно высокой температуры и должен быть интегрирован в систему. Если этот процесс выполняется в отдельном реакторе, то системы топливных элементов называются системами с внешним риформингом, если реакции риформинга проходят на аноде топливного элемента почти одновременно с электрохимическими реакциями, то такие системы называются системами с внутренним риформингом. Для низкотемпературных топливных элементов используются только системы с внешним риформингом. В случае внутреннего риформинга возможны два подхода 9 прямой и непрямой риформинг. Рис. КЗ. На уровне индивидуальных ячеек производится постоянный ток, который затем конвертируется в переменный ток в блоке регулирования мощности. Первичная энергия топлива, не переведенного в электрическую энергию, остается в виде тепла, которое нужно удалить из системы топливног о элемента для соблюдения изотермических условий. Удаление тепла производится в основном за счет выходящих газов, особенно за счет большого катодного потока. В настоящее время все более широко применяется конструкция системы топливных элементов, называемая . В ней анодные выходящие газы делят на два потока, один обедненный по топливу, другой богатый по топливу. Обедненный поток направляется сразу в печку, богатый возвращается на вход в установку. В работе 8 дан анализ основных причин малого ресурса работы карбонатных топливных элементов. В итоге авторами предложена теоретическая система карбонатного топливного элемента, который при допущении, что потери электролита состоят в основном из испарения электролита, способен проработать 0 часов. Для него предложены следующие материалы анод сплав ЬЙСг, катод ЫЮ, матрица у1ЛАЮ2, допированный оксидом алюминия, электролит расплав тройной смеси карбонатов лития моль, калия моль, натрия моль, катализатор на внутреннем риформинге, разделитель А1Б1 0 8, покрытие анода слой никеля. На практике испытания такой установки проведены не были. Оксид никеля в качестве катодного материала не самый лучший выбор. Установлено , что, несмотря на малую растворимость оксида никеля в карбонатном расплаве, растворенные ионы никеля, попадая в топливный электрод, восстанавливаются до металла, что приводит к короткому замыканию в самом элементе. Поэтому катодные материалы не должны содержать компоненты, которые в восстановительной атмосфере превращаются в металл. Более того, они должны быть устойчивы к окислительной атмосфере катодного полуэлсмен га, и быть хорошими электронными проводниками. Эти проблемы в настоящее время решаются и наиболее перспективными с точки зрения коррозионной устойчивости и электрохимических свойств являются лигированные перовскиты на основе оксидов кобальта и железа . Но для повышения срока службы карбонатных топливных элементов необходимы также устойчивые конструкционные материалы, поскольку коррозия и старение конструкционных материалов являются наиболее существенными проблемами, стоящими на пути коммерческого использования карбонатных топливных элементов.