DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.235617
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775324015696
在SOFC中利用生物质燃料，即为直碳燃料电池DC-SOFC，但是其对电解质，阳极等都存在更苛刻的要求。本论文采用桉树衍生的生物质燃料，对SOFC的性能进行了探究。之所以采用桉树，是因为桉树是世界上最重要的工业原料林木树种之一，种植范围广泛，生长速度快，同时桉树还表现出较高的光合效率和较强的碳吸收能力，作为生物质能源具有巨大的潜力。
固体氧化物燃料电池（SOFC）可以将燃料中的化学能直接转化为电能，转化效率高，燃料来源广泛，产物无污染。本文提出将桉树衍生物（桉树焦和桉树树枝粉原位生成的热解气）与SOFC耦合发电的巨大潜力。结果表明，桉树树枝条热解气中含有多种燃料气体，如CO、H2、CH4等。此外，桉树炭中含有少量的Ca、K和其他元素，这些元素有利于Boudouard反应。在850 ◦C时，使用桉树衍生的生物质作为燃料，电解质支撑和阳极支撑的SOFC可以分别实现497和826 mW cm−2的典型最大功率密度。
Boudouard反应指的是2CO(g)→CO2(g)+C(S)，促进该反应则说明有利于提高燃料利用率。
本公众号另推送过一篇木材气化气用作商业SOFC电池燃料的文章，感兴趣可以自行查阅《文献推荐：以真实木材气化气为燃料的商用 SOFC 堆的原位电化学阻抗分析》。
Fig. 1. Schematic illustration of (a) a SOFC operating with gas fuels, (b) a DC-SOFC operating with solid carbons.
Fig. 2. A schematic illustration of the process of preparing eucalyptus biomass fuels.
Fig. 3. Characterization of biomass gas and biochar derived from eucalyptus: (a) Thermogravimetric analysis results for eucalyptus branch powder and eucalyptus char. (b) XRD patterns for eucalyptus branch powder, eucalyptus char, and its ash obtained from the oxidation of carbon in the open air. (c) Average producing rate and composition of the gas produced during pyrolysis of eucalyptus biomass. (d) Raman spectra for eucalyptus char.
Fig. 4. (a) SEM image of sectional microstructure of an electrolyte-supported SOFC. (b) The I-V-P curves and (c) impedance spectra of electrolyte-supported SOFCs operated with hydrogen, eucalyptus powder, and eucalyptus char as fuels at 850 °C. (d) Discharging characteristics of DC-SOFCs separately using biomass fuels.
Fig. 5. (a) SEM image of the cross-sectional of an anode-supported SOFC. (b) The I-V-P curves and (c) electrochemical impedance spectra of the anode-supported SOFCs operated with hydrogen, eucalyptus powder, and eucalyptus char as fuels at 850 °C.
总而言之，本研究研究了以桉树衍生物（焦炭和原位热解气）为燃料的 SOFC 的性能。在 850 ◦C 时，以桉树粉为燃料的电解质支撑 SOFC 的 Pmax 为 497 mW cm−2，而以桉树焦为燃料的阳极支撑 SOFC 的 Pmax 为 826 mW cm−2。从本研究还可以得出结论：使用固态装置将生物质原位产生的热解气与 SOFC 相结合是可行的，这简化了实验设备和燃料预处理过程，并为更全面地利用 SOFC 生物质燃料提供了新思路。但由于产气量有限，原位热解气无法实现大电流下的连续燃料供应，限制了其应用范围。制备大面积SOFC或SOFC电堆以增加生物质燃料的接触面积和负载能力可能是一种解决方案。此外，通过修改阳极（如增加催化层）可以提高以生物质燃料为燃料的SOFC的性能。
