陈志远等：碳基燃料气体组成和运行温度对固体氧化物燃料电池开路电压的影响 1617 min的情况.可以看出，不同流量控制手段对电池 后，H,电化学氧化反应对应的反应电动势小于CH OCV影响很小.尽管Ni-YSZ阳极对C0催化活性不 这与实验结果相同. 强，但外重整可以消耗掉大量的C02,减少了通入电池 测得不同温度下以二氧化碳内重整甲烷为燃料气 阳极室的氧化性气体。由图9可见，随着外重整比例 的电池OCV如图10所示.随着CO,一CH,混合气中 增加，电池OCV线性上升，变化范围约为10mV左右. CO2含量的升高，固体氧化物燃料电池的OCV出现下 但是提高外重整比例∫，对燃料电池OCV的改变并不 降.这一下降趋势符合Nernst方程形式，求得式中e 显著.由于外重整方式需要额外添加装置，从电池 拟合值为1.e值为总反应式中电荷转移数，表明对于 OCV改善效果这一角度米看，采用这一重整方式的单 二氧化碳重整甲烷气体中1 mol CH,电化学氧化中仅 位成本过高 转移1mol电子 综上所述，在600℃下，二氧化碳重整甲烷燃料气 虽然热力学上纯甲烷氧化反应对应的理论电动势 采用外重整手段可以较小幅度地提高电池的OCV.此 基本不随温度改变.然而随着温度的上升，实验推导 外，额外加入氢气虽然有利于抑制积碳，但会降低二氧 值出现下降.在600、650及700℃，依据式拟合实验数 化碳内重整甲烷燃气下的电池OCV. 据推得纯甲烷下电池0CV分别为1.133、1.131和 3.20CV与温度的关系 1.124V,表明在本实验条件下高温时Ni-YSZ对CH 电池的OCV除了与燃气组分有关，还受电池的运 的电催化活性下降 行温度影响.由图8可知，CH,电化学氧化对应的反 如图11(a)所示，模拟的甲烷外重整燃气C0+H2 应电动势随温度变化不大，而H电化学氧化对应的 (体积比为1：1)与C02混合气氛下，电池的0CV也同 反应电动势随温度升高则会下降.当温度高于590℃ 样符合Nernst方程形式.对应于600、650及700℃，所 1000 (a) 1100FC (b) 1080上 口100%日， OCH,+85%C0 ● 7CH,+92%G0,GH,+95%C0, 950 0 20 900 600℃ 920 △CH+90%C0 △650℃ ○700℃ 中 所述均为体积分数 880 850 85 87 89 91 93 95 600 620 640 660 680 700 C0,体积分数/% 温度℃ 图10CH+CO2阳极气氛下电池OCV与甲烷中CO2含量的关系(a)及与温度的关系(b) Fig.10 Relations of the OCV of SOFCs using CHa +CO,with the content of CO,in the fuel (a)and with temperature (b) (a) 1000 1080 ▣100%H, ○C0+H,+53.8%C0 △C0+H,+60.0%C0 980L 1040 7C0+H,+70.0%C0, C0+H,+80.0%C0, 体积比COH,=11,且以上所述均为体积分数 1000 960 960 ▣600℃ 行 940 O650℃ △700℃ 920 920 880 50 60 70 80 600 620 640 660 680 700 C0,体积分数/% 温度℃ 图11C0+H2+C02阳极气氛（体积比C0:H2=1:1)下电池OCV与C02含量的关系(a)及与温度的关系(b) Fig.11 Relations of the OCV of SOFCs using CO+H2+CO2(CO:H2 =1:I in volume)with the content of CO2 in the fuel (a)and with tempera- ture (b)陈志远等: 碳基燃料气体组成和运行温度对固体氧化物燃料电池开路电压的影响 min － 1 的情况． 可以看出，不同流量控制手段对电池 OCV 影响很小． 尽管 Ni--YSZ 阳极对 CO 催化活性不 强，但外重整可以消耗掉大量的 CO2，减少了通入电池 阳极室的氧化性气体． 由图 9 可见，随着外重整比例 增加，电池 OCV 线性上升，变化范围约为 10 mV 左右． 但是提高外重整比例 fp对燃料电池 OCV 的改变并不 显著． 由于外重整方式需要额外添加装置，从 电 池 OCV 改善效果这一角度来看，采用这一重整方式的单 位成本过高． 综上所述，在 600 ℃下，二氧化碳重整甲烷燃料气 采用外重整手段可以较小幅度地提高电池的 OCV． 此 外，额外加入氢气虽然有利于抑制积碳，但会降低二氧 化碳内重整甲烷燃气下的电池 OCV． 3. 2 OCV 与温度的关系 电池的 OCV 除了与燃气组分有关，还受电池的运 行温度影响． 由图 8 可知，CH4 电化学氧化对应的反 应电动势随温度变化不大，而 H2 电化学氧化对应的 反应电动势随温度升高则会下降． 当温度高于 590 ℃ 后，H2 电化学氧化反应对应的反应电动势小于 CH4 ． 这与实验结果相同． 测得不同温度下以二氧化碳内重整甲烷为燃料气 的电池 OCV 如图 10 所示． 随着 CO2 -- CH4 混合气中 CO2 含量的升高，固体氧化物燃料电池的 OCV 出现下 降． 这一下降趋势符合 Nernst 方程形式，求得式中 e 拟合值为 1． e 值为总反应式中电荷转移数，表明对于 二氧化碳重整甲烷气体中 1 mol CH4，电化学氧化中仅 转移 1 mol 电子． 虽然热力学上纯甲烷氧化反应对应的理论电动势 基本不随温度改变． 然而随着温度的上升，实验推导 值出现下降． 在 600、650 及 700 ℃，依据式拟合实验数 据推 得 纯 甲 烷 下 电 池 OCV 分 别 为 1. 133、1. 131 和 1. 124 V，表明在本实验条件下高温时 Ni--YSZ 对 CH4 的电催化活性下降． 如图 11( a) 所示，模拟的甲烷外重整燃气 CO + H2 ( 体积比为 1∶ 1) 与 CO2 混合气氛下，电池的 OCV 也同 样符合 Nernst 方程形式． 对应于 600、650 及 700 ℃，所 图 10 CH4 + CO2 阳极气氛下电池 OCV 与甲烷中 CO2 含量的关系( a) 及与温度的关系( b) Fig． 10 Ｒelations of the OCV of SOFCs using CH4 + CO2 with the content of CO2 in the fuel ( a) and with temperature( b) 图 11 CO + H2 + CO2 阳极气氛( 体积比 CO∶ H2 = 1∶ 1) 下电池 OCV 与 CO2 含量的关系( a) 及与温度的关系( b) Fig． 11 Ｒelations of the OCV of SOFCs using CO + H2 + CO2 ( CO∶ H2 = 1∶ 1 in volume) with the content of CO2 in the fuel ( a) and with tempera￾ture ( b) ·1617·