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Self-Standing Solid Oxide Fuel Cell Involving a Novel Reforming Structure for Hydrocarbon Fuels

自立式固体氧化物燃料电池涉及碳氢燃料的新型重整结构

基本信息

批准号：
17F17069
负责人：
北原辰巳
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell:SOFC）は500～1000℃という作動温度から発電効率が高く，水素以外にも都市ガス，LPG，灯油などの炭化水素燃料からの発電が比較的容易である点から，大型発電所への設置や一般家庭用分散型電源として実用化が期待されている．またその作動温度により良質な高温廃熱を利用できることから，高効率コージェネレーション機器としても期待されている．本研究では，SOFCに都市ガスやバイオガス等の炭化水素燃料を供給して発電するための，より低コストかつシンプルなシステム構成として，従来の発電システムで電池の外部に設置している燃料改質器を用いず，電池内で燃料改質を行う直接内部改質に注目し，メタン改質(DIR)部と電気化学的水素酸化(EHO)部(発電部）を電池内で空間的に分離するための新規な「分離ドメイン」の実現を目的とした．これにより，電極上の炭素析出や水蒸気，温度分布による化学的・機械的劣化に対する耐久性や発電性能を維持しながら電池内で改質水素を生成する「自立型固体酸化物形燃料電池(Self-Standing (S2)-SOFC」の開発につながることが期待できる．当該年度は，DIR部多孔質円管をEHO部となる燃料極支持円筒型SOFCに内蔵した，二重円管によるS2-SOFCコンセプトの実現可能性を検討した．前年度に得られた有限要素法による数値モデルに基づいて，内径の異なる多孔質円筒を焼成して作製し，それらを電気炉内で保持する治具製作の上，ガスシールを施して組み立て，発電実証試験を行ったところ，起電力および発電電流を確認できた．S2-SOFCコンセプトの実現可能性が示されたとともに，改質部および発電部の最適三次元構造および運転条件の最適指針を得るための三次元的な物質輸送分布や温度分布を有限要素法モデルにより明確にできた．

Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) has high power generation efficiency at operating temperature of 500~1000℃. It is relatively easy to generate electricity from carbonized water fuel other than water, LPG, lamp oil, etc. The installation of large power generation station and general household dispersed power supply are expected. The operating temperature is high, the heat is high, the temperature is low, and the temperature is high. This study focuses on the supply of carbonized water fuel to SOFC, the structure of power generation system, the external configuration of the cell, the use of fuel reformer, and the direct internal modification of fuel in the cell. The purpose of the new regulation is to realize the separation of the space inside the battery by means of the modification (DIR) part and the electrochemical water acidification (EHO) part. The carbon deposition on the electrode and water evaporation, temperature distribution, chemical and mechanical degradation, durability and electrical performance maintenance, and generation of modified water in the cell are expected to be the development of "Self-Standing (S2)-SOFC." During the year, the porous bellows of the DIR department were built into the fuel electrode support bellows SOFC of the EHO department, and the realization possibility of the S2-SOFC console with dual bellows was discussed. In the past year, the finite element method has been used to determine the number of elements in the matrix, the internal diameter of the porous cylinder, and the production of the fixture in the electric furnace. The optimum three-dimensional structure and transport conditions of the modified part and the electric part are obtained by the finite element method.