解析了碳燃料動(dòng)力鋰電池的工作原理和優(yōu)勢(shì)

DirectCarbONFuelCell(DCFC)是一種以碳及其衍生物為燃料的燃料動(dòng)力鋰電池。它具有能量轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)、環(huán)境友好(不排放SOx和NOx、不出現(xiàn)噪聲污染)、燃料適應(yīng)性廣等突出優(yōu)勢(shì)。它是一種具有廣闊應(yīng)用前景的燃料動(dòng)力鋰電池。

碳燃料動(dòng)力鋰電池的原理

Directcarbonfuelcell(DCFC)是一種不用氣化直接將碳的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。這項(xiàng)技術(shù)的能量是現(xiàn)代燃煤發(fā)電廠的兩倍，燃料可能包括煤、焦炭、焦油、氣態(tài)碳和生物碳。

因?yàn)镈CFC的總反應(yīng):

CO2+O2=C

因此，DCFC的理論能量轉(zhuǎn)換功率甚至略高于100%。為達(dá)到高能量和功率需求的高工作溫度，DCFC有兩種高溫工作方式:(1)熔融電解質(zhì)燃料動(dòng)力鋰電池，其工作溫度為400~750℃;(2)SOFC的工作溫度為700~1000℃。

直接使用碳燃料動(dòng)力鋰電池的好處

(1)DCFC能量轉(zhuǎn)換功率高，理論功率達(dá)到100%以上。燃料動(dòng)力鋰電池動(dòng)力的理論燃燒猜吉布斯自由能ΔG和包括燃料的化學(xué)能(焓)ΔH。

(2)DCFC的燃料利用率達(dá)到100%。因?yàn)榉磻?yīng)物，固態(tài)碳和氣態(tài)產(chǎn)物，存在于不同的純相中，它們的化學(xué)勢(shì)(活度)不隨燃料轉(zhuǎn)換的程度和電池的方向而改變。這一特點(diǎn)使得所有添加的燃料可以一次全部轉(zhuǎn)化，即利用率可以達(dá)到100%，電池的理論電壓可以在整個(gè)碳轉(zhuǎn)化過(guò)程中保持在1.02v不變。傳統(tǒng)的燃料動(dòng)力鋰電池，燃料循環(huán)只能部分轉(zhuǎn)化到一定程度，否則隨著燃料部分電壓的下降，電池電壓下降，所以傳統(tǒng)的燃料動(dòng)力鋰電池要重復(fù)燃料循環(huán)來(lái)堅(jiān)持燃料部分壓力。

(3)DCFC的污染排放較小，可以終止溫室氣體的減排。從化學(xué)反應(yīng)的角度來(lái)看，DCFC發(fā)電和火電廠直接燃煤發(fā)電均采用煤的完全燃燒反應(yīng)。然而，由于發(fā)電原理的不同，DCFC發(fā)電所排放的CO2、SOx、NOx、粉塵等污染物遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直接燃煤發(fā)電。

(4)DCFC碳燃料資源豐富，價(jià)格低廉。它可以從煤、石油焦、生物材料(如稻殼、果殼、稻草、草)甚至有機(jī)廢物中獲得。熱解后，將上述材料制備成碳顆粒的DCFC，其副產(chǎn)品氫可用于氫氧燃料動(dòng)力鋰電池。因此，將直接碳燃料動(dòng)力鋰電池與其它燃料動(dòng)力鋰電池相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)煤炭等儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉的固體碳燃料的清潔高效利用。

(5)DCFC固體碳燃料能量密度大，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

(6)DCFC的結(jié)構(gòu)可以模塊化。其他的固定發(fā)電廠不像火力發(fā)電廠那樣要那么多的水。這些特點(diǎn)使得DCFC特別適合于坑口電站的建設(shè)，將煤炭運(yùn)輸轉(zhuǎn)化為電力輸送，從而減少煤炭運(yùn)輸帶來(lái)的污染，節(jié)約運(yùn)輸成本。