毕业论文课题相关文献综述
1.引言随着科学技术和社会的不断发展,人类对于地球上储存的煤、石油、天然气等化石燃料不断开发使用,能源危机及由于二氧化碳的过量排放造成的全球气候变暖问题已经不容忽视。
这使得例如风能、太阳能等可再生清洁能源得到长足发展。
于此同时,固体氧化物电解池(SOEC)作为一种将电能连续高效转化为化学能的装置而得到全社会的广泛关注[1,2]。
其可利用上述清洁能源的过剩能量,不受容量限制的将CO2或H2O转化为燃料[3,4]。
SOEC的工作原理如图1所示,在SOEC两侧电极上施加一定的直流电压和较高温度(700~1000℃),H2O和CO2首先扩散到氢电极(阴极)发生还原反应产生O2-,O2-穿过致密的固体氧化物电解质层到达氧电极(阳极),在氧电极发生氧化发应得到纯O2[5]。
氢电极和氧电极的电池反应如下所示:氢电极(阴极)反应:2CO2 4e-→2CO 2O2- (1)2H2O 4e-→2H2 2O2- (2)氧电极(阳极)反应: 4O2-→2O2 8e- (3)总反应式:H2O CO2→H2 CO O2 (4)电极反应的总能量需求(焓变,ΔH)可表示如下:ΔH=ΔG T ΔS (5)其中,ΔG是Gibbs自由能,代表着总的电能输入,ΔS是熵变,TΔS代表热量输入。
图2[6]展示了SOEC共电解H2O/CO2的能量需求随温度的变化关系。
随温度的升高,电解对热量的需求明显升高,对电能的需求则显著下降,而总能量需求并没有大的提升。
利用这一特点,选择合适的工作温度,SOEC高温电解H2O/CO2可以最大程度地降低对高品位电能的需求,同时提升低品位工业废热的利用率。
2.SOEC的组成及阴极材料的研究现状2.1.SOEC的组成单个 SOEC 通常具有三明治结构,包括氧阳极,离子传导电解质(通常是氧化钇稳定的氧化锆、YSZ)和燃料阴极。
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