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3D打印固体氧化物燃料电池SOFC

时间:2017-08-10 09:02:59来源:中国氢能源网

  固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)属于第三代燃料电池,从外观上看起来, 燃料电池就像是一个蓄电池,有阴极、阳极也有电解质。但它们最大的不同之处在于,蓄电池是一个储电装置,燃料电池是一个发电装置,它能够让具有可燃性的燃料与氧反应产生电。


   Cell3Ditor项目正在开发用于批量生产低排放固体氧化物燃料电池(SOFC)的混合喷墨/ SLA陶瓷3D打印机。


 

   作为碳基能源发电的替代方案,该项目得到欧盟委员会FCH JU专项的支持。在接下来的三年半中,委员会将支持Cell3Ditor扩大替代能源生产循环系统所需的材料、机械和工艺的任务。

   Cell3Ditor项目由西班牙巴塞罗那的加泰罗尼亚能源研究所(IREC)领导,通过位于荷兰、瑞典、西班牙、英国、法国和丹麦的主要机构和公司提供战略合作支持。

   在这个项目中,七家战略合作伙伴分别贡献了他们在特定领域的专长。例如丹麦技术大学(DTU)提供了生产3D打印SOFC材料的支持,并在硬件和设计方面提供了帮助。瑞典的SAAN Engergi公司则专注于提供设计方面的支持。

   目前的陶瓷加工方法采用超过100个难以置信的复杂步骤,而且设计不具备灵活性。这个过程不仅昂贵,而且耗费时间。

   通过3D打印,Cell3Ditor提出了单片SOFC的两步制造方法。正如该项目在向欧盟委员会所提交的报告中所述,“除了通过两步制造方法(成型和烧结)制造工艺带来的明显简化工艺,通过使用3D打印方法来制造SOFC减少了废料的产生,并且还降低了与组装相关的工作量及成本。”


  根据项目概况,混合喷墨/ SLA SOFC 3D打印机的当前规格如下:

  最大可打印体积: 30 x 30 x 10厘米(长x宽x高)

  层厚度:10至250μm之间

  横向分辨率: <100μm

  多材料沉积:SLA光固化材料和4种喷墨打印

  打印速度:每小时100层

  项目团队表示,这台3D打印机将成为专门用于生产SPFC的机器,Cell3Ditor项目将成为批量生产SPFC的桌面工厂。

  SOFC是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。SOFC与第一代燃料电池(磷酸型燃料电池,简称PAFC)、第二代燃料电池(熔融碳酸盐燃料电池,简称MCFC)相比它有如下优点:(1)较高的电流密度和功率密度;(2)阳、阴极极化可忽略,彼化损失集中在电解质内阻降;(3)可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料,而不必使用贵金属作催化剂;(4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题;(5)能提供高质余热,实现热电联产,燃料利用率高,能量利用率高达80%左右,是一种清洁高效的能源系统;(6)广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极,具有全固态结构;(7)陶瓷电解质要求中、高温运行(600~1000℃),加快了电池的反应进行,还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原,简化了设备。

   固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点,可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站,以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源,都有广阔的应用前景。

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