Introduction
células de combustível de óxido sólido (SOFC) inovações foram relatados nos últimos anos, a tecnologia continua a desenvolver. Entre as muitas vantagens, SOFCs se tornaram conhecidos por eficiência de combustível de alta, baixas emissões e flexibilidade de combustível moderado em comparação com outras técnicas de geração de energia de combustão com base 1. Além disso, SOFCs são escaláveis permitindo alta eficiência de combustível, mesmo em pequenas escalas. Infelizmente, as limitações na infra-estrutura de hidrogênio atual criaram uma necessidade de sistemas de combustível reforma que muitas vezes são ineficientes. Um desenvolvimento recente é o assistida por chama célula de combustível micro-tubular (MT-FFC) relatou em trabalhos anteriores do autor 2. O MT-FFC é o primeiro exemplo de uma célula de combustível assistida por chama (FFC) que se baseia nos benefícios da célula original de combustível chama directa (DFFC), que prevê a geração de calor e combustível reforma através de combustão 3. A configuração DFFC coloca uma SOFC em contato direto com uma chama aberta ao envir ambienteente. A chama oxida parcialmente combustíveis de hidrocarbonetos mais pesados para a criação de H 2 e CO, que pode ser utilizado directamente no SOFC com menos potencial de coque de carbono comparado com o metano puro ou outros hidrocarbonetos mais pesados. Além disso, a chama fornece a energia térmica necessária para trazer o SOFC a sua temperatura de funcionamento. A recente mudança para o DFFC inicial ocorreu movendo o SOFC para fora da região da chama e a canalização de gases de escape de combustão para a SOFC para criar o FFC 2. Ao contrário do DFFC, a combustão ocorre em uma câmara parcialmente fechado (em vez do ambiente), de modo que o combustível a proporção de ar pode ser controlada e os gases de escape pode ser directamente alimentado à célula de combustível, sem que ocorre a combustão completa. FFCs têm vantagens adicionais, incluindo a utilização de combustível de alta e alta eficiência elétrica em comparação com DFFCs 2.
Como uma área emergente de pesquisa, técnicas experimentais são necessários que pode avaliar o potencial da MT-FFCs para futuras aplicações de geração de energia. Estas técnicas requerem análise de oxidação parcial, ou de combustão rica em combustível, e os gases de escape que tenha sido identificado como uma forma de gerar H 2 e CO, também conhecido como gás de síntese, juntamente com CO 2 e H 2 O. Os gás de síntese pode ser utilizado directamente nas células de combustível para a geração de energia. A análise dos gases de escape de combustão ricas em combustível tem sido bem estabelecida nos últimos anos e tem sido levada a cabo, teoricamente, 4, computacionalmente 5,6 e 7 experimentalmente para muitas finalidades diferentes. Muitos dos estudos teóricos e computacionais têm contado com análise de equilíbrio químico (CEA) para avaliar as espécies de produtos de combustão que são energeticamente favorável, e modelos de cinética química de mecanismos de reação. Embora estes métodos têm sido muito úteis, muitas tecnologias emergentes têm invocado técnicas experimentais durante a pesquisa e desenvolvimento. técnicas experimentais normalmente contam com analise dos gases de escape de combustão utilizando um cromatógrafo de fase gasosa (GC) 7 ou um espectrómetro de massa (MS) 8. Tanto a linha de GC / seringa ou a sonda MS é inserido no escape de combustão e as medições são efectuadas para avaliar a concentração de espécies. A aplicação das técnicas experimentais tem sido comum na área de geração de energia em pequena escala. Alguns exemplos incluem micro câmaras de combustão que têm sido desenvolvidos para operar com SOFCs de câmara única e 7,9 DFFCs 10-15. A análise dos gases de escape de combustão ocorre sob uma ampla gama de condições de funcionamento, incluindo diferentes temperaturas, as taxas de fluxo e as relações de equivalência.
Na área de investigação DFFC, combustível e oxidante podem ser parcialmente pré-misturada ou não pré-misturado, com o queimador aberto para o ambiente, o que assegura uma combustão completa. Com a necessidade de se analisar a composição da chama, um EM tem sido utilizado em muitos casos para DFFC investigação e análise de combustão 16. O desenvolvimento mais recente do FFC difere por depender de combustão pré-misturado com o queimador em um ambiente parcialmente fechado para evitar a oxidação completa do combustível. Como resultado, é necessária a análise dos gases de escape de combustão num ambiente controlado, isentas de fugas de ar. técnicas experimentais desenvolvidos para este fim contar com as técnicas anteriores utilizadas para a investigação micro combustor com a análise GC dos gases de escape de combustão em relações de equivalência variados. A análise de GC leva a caracterização da composição de escape de combustão (isto é, a percentagem em volume de cada constituinte de escape, incluindo CO2, H2O, N2, etc) Esta análise permite a mistura de gases separados de acordo com as relações medidas pela GC para criar um modelo rico em combustível de escape de combustão para futuras pesquisas FFC.
Os protocolos para a análise de escape de combustão rico em combustível, desenvolvendo um modelo rico em combustível de escape de combustão e aplicaring escape para testes SOFC são estabelecidos neste documento. desafios e limitações comuns são discutidos para estas técnicas.
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Protocol
1. Cálculos de combustão
- Escolha de combustível para análise. Aqui, escolha metano como combustível de referência, mas os princípios são transferíveis para outros combustíveis de hidrocarbonetos.
- Com um mole de metano como o combustível, o equilíbrio equação (1) para a combustão estequiométrica para obter a equação (2).
- Calcula-se a relação de ar-combustível estequiométrica para (F / A stoich.) Como na equação 3 para a combustão do metano por divisão da massa de metano pela massa de ar. Para calcular, o numerador é o número de moles de metano vezes a massa molar de metano (16 g · mol-1) e o denominador é o número de moles de oxigénio vezes a massa molar do oxigénio (32 g · mol -1) mais o número de moles de azoto vezes a massa molar de azoto (28 g · mol -1).
- A fim de variar a relação de equivalência (equação 4), quer variar a taxa de fluxo de ar, a taxa de fluxo de combustível ou ambos simultaneamente. Normalmente, corrigir uma das quantidades e variar o outro. Determinar se fixa a taxa de fluxo de combustível ou ar para o queimador. Para esta experiência, fixar a taxa de fluxo de combustível a 10 L / min e permitem que a taxa de fluxo de ar para variar nesta configuração.
- Com a taxa de fluxo de combustível, F, fixo (10 L / min), F / A estóica. calculada (0,0583), e dada a definição da relação de equivalência, calcular a taxa de fluxo de ar, um, para cada relação de equivalência a ser testado. A equação (5) fornece um modo directo de calcular a taxa de fluxo de ar em litros / minuto para cada relação de equivalência e os resultados são apresentados para uma razão equivalente de 1 para estequiometria.
NOTA: O flamm superiorlimite de capacidade (ou limite superior de explosão), é a razão de equivalência mais rico que pode ser queimado sem têmpera a chama na ausência de um catalisador. relações de equivalência mais elevadas podem ser obtidas com o uso de um catalisador, mas apenas de combustão catalítica não é descrito neste trabalho. Consulte a literatura para avaliar o limite de inflamabilidade superior para o combustível escolhido.
Setup 2. Combustion Caracterização Experimental
- Escolha controladores de fluxo de massa (MFCs) para o metano e o ar com base nas taxas de fluxo obtidas no passo 1.5. Tenha cuidado ao selecionar um tamanho MFC para garantir que o MFC não estará operando na extremidade baixa de sua escala (<10% do valor final) durante o teste. Para este caso específico, use 40 L / min e 200 l / min CFM para o metano e ar, respectivamente.
- Ligue os MFCs para os tanques de metano e ar através de tubos de cobre.
- Defina os reguladores sobre as metano e ar tanques à pressão adequada para o MFC, conforme especificadopelo fabricante. Neste caso, ajustar a pressão a 138 kPa (20 psi).
- Calibrar os MFCs para garantir taxas de fluxo precisas.
- Construir a câmara de combustão. Para esta experiência, desenvolver uma câmara de combustão 914 mm de comprimento com um diâmetro de saída 168 milímetros.
- portos de broca para análise de escape de combustão e para a colocação do termopar ao longo do comprimento da câmara de combustão. O número exacto e o espaçamento necessário depende do tamanho da chama e os objectivos do ensaio. Para esta configuração, espaço os 5 primeiros colocados termopares mais próximo à região de combustão 7 mm. Espaço do final de 6 termopares 14 mm. Use o mesmo espaçamento para as portas de escape.
- Insira os termopares tipo K na câmara de combustão através dos orifícios da porta. Alinhar a ponta do termopar no centro da câmara de combustão. Tamanho dos orifícios da porta para se ajustar ao termopar e selar com ponteiras de metal de alta temperatura e porcas para evitar fugas.
- Connect as do tipo K termopares diretamente para o módulo de aquisição de dados.
- Ligue o módulo de aquisição de dados para o computador através do drive USB.
- Anexar uma válvula de uma via no percurso tubo de cobre imediatamente após o MFC combustível e imediatamente antes do queimador. Orientar a válvula de modo que o fluxo só pode afastar-se o MFC. As válvulas de sentido único são um importante recurso de segurança para evitar flash back.
- Verifique a tubulação de cobre antes e após a instalação do MFC se há vazamentos. Use água e sabão aplicada com uma escova para a tubulação para detectar vazamentos como vazamentos criaria bolhas.
- Ligue a câmara de combustão e queimador para os controladores de fluxo de massa através de tubos de cobre.
- Após concluir a configuração da câmara de combustão, selecione uma das portas de escape para o teste. Ligar esta porta para tubos de cobre que se estende até à porta análise por CG.
- Selecione uma seringa para puxar o escape da câmara de combustão e depois empurrá-lo para o GC para análise. Para esta experiência, usar um25 ml de uma seringa.
- Coloque uma válvula de três vias em linha com a tubagem de cobre que liga o orifício de escape para o GC. Conectar uma extremidade da válvula de duas vias para a GC, a segunda para a abertura de escape e a terceira para a seringa de 25 ml. Conecte o tubo de cobre para a válvula de 3 vias. Use a seringa para sugar escape de combustão da câmara e, em seguida, empurrá-lo para o GC para análise.
- Ligue a válvula de 3 vias para o GC e seringa. Accionar o êmbolo da seringa para garantir um funcionamento bem sucedido.
NOTA: Um diagrama esquemático simplificado da configuração é mostrado na Figura 1.
3. Combustão Caracterização Experiment 4. Desenvolvimento do escape Modelo Combustion Setup Testing celular 5. Combustível 
Fluxos Figura 1. Caracterização de combustão experimental configuração esquemática. Caracterização Combustion configuração experimental mostrando esquemática de combustível, ar e escape (setas pretas) e fluxos de dados (setas vermelhas). válvulas de sentido único são usados para prevenir flash back.
NOTA: A Figura 2 é um diagrama esquemático simplificado que mostra a configuração de teste MT-FFC. Com o combustível modelo desenvolvido e a configuração estabelecida para controlar o fluxo de combustível para o modelo de célula de combustível, o teste pode prosseguir de acordo com a f convencionaluel métodos de ensaio celular. Estes métodos são bem conhecidos na literatura e não serão repetidas aqui. 
Figura 2. Micro-tubular assistida por chama esquemática configuração de teste de célula de combustível. Os fluxos de H 2, CO, CO 2, N 2 (setas pretas) são reguladas com um MFC e uma válvula unidirecional para evitar flash back. fluxo de elétrons (linha verde) do SOFC na fornalha ao potenciostato e volta para a SOFC. Fluxo de dados de termopares e os dados eletroquímico é representado por setas vermelhas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Representative Results
A câmara de combustão caracterização devem ser verificados antes do teste nas proporções de equivalência desejadas para o refluxo de ar para dentro da câmara ou de outro fugas de ar durante o teste. Os processos de combustão em câmaras abertas são conhecidos por serem quase isobaric. Como resultado, a pressão no interior da câmara de combustão, pode não ser suficiente para assegurar que nenhum ar do ambiente externo é de back-fluir para dentro da câmara de combustão a partir da câmara de saída de escape ou outros pontos de fuga. Existem várias técnicas experimentais para confirmar que nenhum de escoamento posterior é de ocorrência. Em primeiro lugar, para um queimador não catalítica, os limites de inflamabilidade rico-estão bem estabelecidos para vários combustíveis 18,19. Após a ignição, a razão de equivalência de o fluxo deve ser ajustado lentamente até que se aproxima do limite de inflamabilidade rico. Se o limite de inflamabilidade rico pode ser ultrapassado significativamente sem têmpera chama, em seguida, há evidências de que o ar é back-fluindo em tele câmara de combustão, resultante de uma mistura mais pobre do que o desejado. A Figura 3 mostra os resultados iniciais obtidos por combustão de escape metano seco até uma razão de equivalência de 1,85. Embora não apresentado na Figura 3, a chama não extinguir-se a uma razão de equivalência de 3,97. Com um limite de inflamabilidade rica de apenas 1,64 relatado 18, obtendo-se uma razão de equivalência de 3,97 não é possível com a combustão não-catalítico. Estes resultados indicam que não há fugas de ar para dentro da câmara de combustão e uma possível fonte de escoamento posterior é de saída de escape.
Os resultados da análise Figura 3. inicial de escape de combustão caracterização. Anteriores à prevenção back-fluxo de ar para o show câmara de combustão flutuações aleatórias de espécies. Desvio de tendências esperadas indica um mix imprópriaing ou ar vazamento. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O exame dos limites superiores de inflamabilidade para a câmara de combustão não é a única maneira de verificar a refluxo. A segunda indicação a partir da Figura 3 é que as tendências para várias das espécies de escape não seguem tendências esperadas. CEA é uma técnica comum que é utilizado para avaliar os produtos de combustão com base no qual os produtos são energeticamente favorável, sob diferentes condições de temperatura, pressão, e da razão equivalente. CEA fornece uma maneira de avaliar as tendências que devem ser observáveis nesta experiência. Diferentes resultados CEA para combustíveis comuns podem ser encontradas na literatura ou podem ser avaliadas utilizando programas de software desenvolvidos para esta tarefa. A Figura 4 mostra os resultados do CEA para as espécies primárias em combusti metano seco no escape. Embora quase todas as espécies de escape mostrado na Figura 3 desviam-se tendências esperadas, O2 é talvez o mais importante. Em relações de equivalência maior que 1, muito pouco de O2 é esperado que a maior parte dela deve ser consumido durante a combustão para formar produtos de combustão. Enquanto a concentração de O2 é baixa na maior parte da gama, a obtenção de uma maior quantidade de O 2 a uma razão de equivalência de 1,75 e 1,85 em relação ao diminuir relações de equivalência não é o esperado. Esta é uma possível indicação de qualquer uma mistura incompleta ou de escoamento posterior de O 2 para dentro da câmara de combustão. Além disso, a detecção de CH 4 a 1 por cento em volume ou mais elevada ao longo desta gama é também uma possível indicação de mistura incompleta. análise de tendências através da comparação com os resultados do CEA pode ajudar a indicar se há refluxo de possíveis problemas de mistura de ar ou.
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Figura 4. Chemical análise de equilíbrio de produtos de metano / ar de combustão. Análise de equilíbrio químico (CEA) resultados mostram previsões de equilíbrio termodinâmico para a composição dos gases de escape em diferentes relações de equivalência. Embora os dados experimentais não corresponde perfeitamente, CEA fornece uma indicação das tendências esperadas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Voltar-fluxo de ar na câmara de combustão de escape foi detectada e prevenida por bloqueio de uma parte da abertura de escape da câmara de combustão, tal como descrito na secção discussão. Após o bloqueio de uma parte da abertura de escape da câmara de combustão do limite de inflamabilidade rico em apresentavam uma proporção de equivalência de aproximadamente 1,45 para a câmara de combustão. Com back-fluxo impedido, a combustãoescape foi avaliada nas proporções de equivalência de combustível e as taxas de fluxo de ar e mostrados na Tabela 1. As taxas de fluxo mostrado na Tabela 1 foram obtidos no passo 1.5 do protocolo utilizando a equação 5. A Figura 5 mostra os resultados da caracterização de escape de combustão para a seco condições mostradas na Tabela 1. a Figura 5 confirma que as tendências actuais são comparáveis aos resultados de CEA mostrados na Figura 4. Isto proporciona alguma validação dos resultados. No entanto, existem alguns pontos que se afastam as tendências de CEA, tais como o CO 2 a uma razão de equivalência de 1,45. Uma porção do erro a uma razão de equivalência de 1,45 é que a câmara de combustão está a funcionar perto do limite rico-inflamabilidade, o que pode resultar em instabilidades no interior da chama, possível têmpera e desvios na amostra de escape. A análise deve ser repetido para garantir a repetibilidade e precisão dos resultados. Operando abaixo os ricos-flammability limite da câmara (por exemplo, cerca de uma proporção de equivalência de 1,4 máxima nesta configuração) é recomendado.
| razão de equivalência | Taxa de fluxo de metano (L / min) | Taxa de fluxo de ar (L / min) |
| 0.80 | 10 | 119,0 |
| 0,90 | 10 | 105,8 |
| 1.00 | 10 | 95,0 |
| 1.05 | 10 | 90,6 |
| 1.10 | 10 | 86,5 |
| 1.15 | 10 | 82,8 |
| 1.20 | 10 | 79,3 |
| 1,25 | 10 | 76,1 |
| 1.30 | 10 | 73,2 |
| 1,35 | 70,5 | |
| 1,40 | 10 | 68,0 |
| 1,45 | 10 | 65,7 |
Tabela taxas de metano caracterização e fluxo de ar 1. combustão a relações de equivalência variados. Cálculo dos caudais necessários é discutido na seção 1 do protocolo. Equação 5 é usado para calcular as taxas de fluxo de ar com base na razão de equivalência e uma taxa de fluxo de metano fixo.
Figura análise de caracterização 5. Combustão de escape de metano / ar de combustão. Resultados melhorados obtidos após impedindo back-fluxo de ar na câmara de combustão. As tendências são semelhantes às previsões CEA proporcionando confiança na precisão dos resultados. Vários testes depode ser necessária a exaustão quando ocorrem desvios das tendências esperadas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Com o escape de combustão caracterizada até ao limite de inflamabilidade rico, o modelo de escape de combustão pode ser desenvolvido para o teste MT-FFC. Desenvolvimento do modelo de escape de combustão é dependente de quais as espécies de escape estão a mais relevante para o estudo. Em estudos iniciais de FFCs, o principal interesse está em compreender as características de desempenho da célula de combustível no escape de combustão com quantidades relativamente pequenas de combustível disponíveis para conversão de energia eletroquímica. Estas características incluem a densidade pico de potência, densidade de corrente, tensão de circuito aberto, a utilização de combustível e eficiência em diferentes relações de equivalência e temperaturas de funcionamento. Operando em uma parte relativamente pequena concentração de combustível é oma das principais características que distinguem FFCs tantas células de combustível operar com altas concentrações de combustível e baixas concentrações de outros gases, incluindo CO 2, H 2 O e gases inertes, entre outros. Para fazer esta avaliação só gases detectados na caracterização de combustão, com percentagens de volume superior a 1% foram incluídos nos gases de escape de combustão modelo. Como resultado, apenas 2 H, CO, CO 2 e N 2 foram necessários para desenvolver um modelo rica em combustível de escape de combustão para a combustão de metano. A Tabela 2 mostra os resultados da avaliação caracterização de combustão. Para um caudal total no lado do ânodo da célula de combustível de 300 ml / min, as taxas de fluxo de cada espécie são também mostrados na Tabela 2.
| Rácio de equivalência | H 2% em volume | H | Volume de CO% | CO (ml-min -1) | CO 2% em volume | CO 2 (ml-min -1) | N 2% em volume | N2 (ml-min -1) | Total (ml-min -1) |
| 1.10 | 1.1 | 3.2 | 2.4 | 7.2 | 11.3 | 34,0 | 85,2 | 255,6 | 300 |
| 1.15 | 1.8 | 5.4 | 3.2 | 9,7 | 10.6 | 31,9 | 84,4 | 253,1 | 300 |
| 1.20 | 4.3 | 12,9 | 4.6 | 13,8 | 10.0 | 29,9 | 81,1 | 243,4 | 300 |
| 1,25 | 6.4 | 19.1 | 5.6 | 16,7 | 9.2 | 27,6 | 78,9 | 236,6 | 300 |
| 1.30 | 8 | 24,0 | 6.5 | 19,5 | 8,5 | 25,6 | 77,0 | 230,9 | 300 |
| 1,35 | 11,5 | 34,6 | 8 | 24.1 | 8.3 | 24,8 | 72,2 | 216,5 | 300 |
| 1,40 | 12.4 | 37,3 | 8,7 | 26,2 | 7.6 | 22,7 | 71,3 | 213,8 | 300 |
Tabela 2. Modelo de escape de combustão de composição e caudais. Resultados experimentais obtidos para a caracterização de combustão são mostrados como volume de percents das espécies detectadas. A taxa total de fluxo de modelo rica em combustível de escape de combustão para as células de combustível foi ajustado para 300 ml / min. A taxa de fluxo de cada espécie individual é calculado multiplicando a taxa de fluxo total e a percentagem em volume de cada uma das espécies.
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Discussion
O protocolo discutido aqui é uma ponte importante entre a investigação caracterização de combustão anterior e testes de célula de combustível. O uso da combustão de combustíveis reforma e testes de célula de combustível tem sido aplicado há vários anos em DFFC setups 10-15. No entanto, a caracterização do processo de combustão em DFFCs é principalmente preocupado com a caracterização no local da composição de chama 16 e utiliza uma MS 8. Como o DFFC é aberto para o ambiente, a composição de escape consiste principalmente de água e de CO 2 e não é necessária caracterização dos gases de escape. A fim de desenvolver o conceito recente FFC um processo para a caracterização dos gases de escape de combustão numa câmara parcialmente fechado (isto é, uma que mantém a relação combustível-ar) é necessária. Em vez de usar um MS, um GC é aplicável para a análise de combustão de escape 7. Após a caracterização do escape, um método simples para testar as células de combustível dentro deste exhAust é necessário. Embora seja possível desenvolver um aparelho de ensaio do queimador e de célula de combustível totalmente integrado, este procedimento proporciona um passo inicial simples que pode ser aplicada para a investigação científica do desempenho da célula de combustível com composições variando de escape. Embora a abordagem de caracterização de combustão é comum, a sua aplicação para a pesquisa FFC é um desenvolvimento importante.
Os passos mais críticos neste procedimento são para garantir que as devidas precauções de segurança foram tomadas antes da ignição; e para garantir que não há nenhuma fuga de ar para dentro da câmara de combustão. A utilização de válvulas de sentido único e / ou corta-chamas, assim como materiais de alta temperatura é importante para a segurança do aparelho e os pesquisadores. Como mostrado na secção de resultados, uma ampla gama de resultados incorrectos pode ocorrer se houver de escoamento posterior ou outra fuga de ar para dentro da câmara de combustão. Este back-fluxo altera a razão de equivalência da mistura e pode criar diferentesmistura padrões que criam resultados como os mostrados na Figura 3.
Enquanto dois métodos para determinar se houver refluxo de ar para dentro da câmara de combustão, já foram descritos, há uma terceira maneira de determinar se isto ocorre. Este método simplesmente avalia se a chama continua a queimar quando o MFC para o ar está desligado. Neste processo de combustão pré-misturada a única ar para reacções de combustão é fornecido através da MFC. Após a ignição, o fornecimento de ar pode ser desligado enquanto o combustível é deixado ligado. A chama apaga-se na ausência de ar. Se a combustão continua, em seguida, o refluxo de ar para dentro da câmara de combustão está a ocorrer. Depois de determinar que existe o refluxo de ar para dentro da câmara de combustão, impedindo o refluxo de ar é necessária antes de prosseguir. Resolver o problema pode ser relativamente simples. O escape de combustão quente e, portanto, é menos forte, o que faz com que ela suba para o topo da combustãocâmara. Tanto o refluxo de ar para dentro da extremidade câmaras irá ocorrer na parte inferior da câmara. Após o bloqueio da secção de fundo da abertura de escape câmaras de combustão, as três técnicas acima descritas pode ser realizada novamente para garantir que nenhum ar é novamente fluir para dentro da câmara. Esta discussão assume que a câmara já tiver sido verificada a existência de vazamentos. A mistura completa, também deve ser verificada por meio de assegurar que qualquer metano é detectado em quantidades vestigiais e as medições de GC são reprodutíveis.
Após a caracterização do escape de combustão e o desenvolvimento da composição modelo de escape de combustão, há uma gama de aplicações para o teste de célula de combustível. A seção de protocolo descreve aplicação específica desta técnica para testes SOFC micro-tubular. No entanto, o mesmo procedimento básico pode ser aplicado para testar outras geometrias de células de combustível, incluindo planares e tubulares SOFCs maiores. O protocolo também se estende para testar desenhos pilha para qualquer geometria. Além, O protocolo não está limitado a metano como o combustível. O método pode ser estendido a outros alcanos e combustíveis álcool que também têm potencial significativo para a geração de H2 e CO a partir de processos de combustão ricas em combustível.
Enquanto o protocolo descrito tem muitas aplicações que ainda mais o desenvolvimento de FFCs, existem limitações para esta técnica. O protocolo foi estabelecido para testar a possibilidade de SOFCs que operam em diferentes processos de combustão ricas em combustível e combustíveis. O potencial é observado quando as células de combustível operam no modelo de escape ricos em combustível. Especificamente, os principais indicadores de desempenho promissor incluem alta densidade de potência, densidade de corrente, a utilização de combustível e tensão de circuito aberto alcançado na célula de combustível. No entanto, o desenvolvimento de um modelo de combustível com apenas as espécies mais importantes presentes limita os estudos que podem ser realizados. Por exemplo, operando os SOFCs nos gases de escape de combustão modelo para testes de longo prazo é possível, mas it pode não fornecer a melhor indicação das características de desempenho reais de longo prazo da célula de combustível. No longo prazo, algumas das espécies de rastreio nos gases de escape de combustão pode tornar-se prejudicial para o desempenho SOFCs. Testando esses resultados requer plena integração da SOFC com um queimador real eo escape de combustão completa. Enquanto essas limitações estão presentes, a técnica ainda fornece um meio simples e controlados de avaliação do desempenho FFCs e potencial como futuros fontes de geração de energia.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Gas chromotograph | SRI Instruments, Inc. | SRI 8610C | |
| K type thermocouples | Omega | KQXL-116G-6 | Custom length |
| K type thermocouple extension wire | Omega | EXTT-K-20-SLE-100 | |
| Mass flow controller | Omega | FMA5427 | 0-40 L/min (N2) Used for methane |
| Mass flow controller | Omega | FMA5443 | 0-200 L/min (N2) Used for air |
| Mass flow controller | Omega | FMA5402A | 0-10 ml/min (N2) Used for CO |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 200 SCCM (Propane) Used for CO2 |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 5 L/min (Air) Used for N2 |
| Mass flow controller | Brooks Instrument | SLA5850 | 500 SCCM (N2) Used for H2 |
| Regulator | Harris Products Group | HP721-125-350-F | Methane tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-050-590-E | Air tank |
| Regulator | Airgas | Y11-SR145B | CO tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-050-320-E | CO2 tank |
| Regulator | Airgas | Y12-215B | N2 tank |
| Regulator | Harris Products Group | HP702-015-350-D | H2 tank |
| Methane, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1971 | Extremely Flammable |
| Air, Compressed, Ultra pure |
Airgas | UN1002 | Not classified as hazardous to health. |
| CO, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1016 | Toxic by inhalation, Extremely flammable |
| CO2, Compressed, Research grade |
Airgas | UN1013 | Asphyxiant in high concentrations |
| N2, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1066 | Not classified as hazardous to health. |
| H2, Compressed, Ultra high purity |
Airgas | UN1049 | Extremely flammable, burns with invisible flame |
| Source meter | Tektronix, Inc. | Keithley 2420 | Connects to computer via USB |
| Horizontal split tube furnace | MTI Corportation | OTF-1200X | |
| Data acquisition | National Instruments | NI cDAQ-9172 | Connects to computer via USB |
| Thermocouple input | National Instruments | NI 9211 | Connects to cDAQ-9172 |
| Computer control for Mass Flow Controllers | National Instruments | NI 9263 | Connects to cDAQ-9172 Computer control for Mass Flow Controllers |
| Testing software | National Instruments | LabVIEW 8.6 | |
| Ceramabond | Aremco | 552-VFG | 1 Pint |
References
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