碳氢化合物重组

直接碳氢化合物固体氧化物重组能得到燃料电池，具有能量密度高和运行成本低等特点。

研究背景氢能是理想的清洁能源， 燃料电池是将氢能高效地转化成电能的最佳方式。但目前氢的主要来源还是碳氢化合物(例如天然气重整)，这种得到氢的过程不可避免地要产生CO2 ；同时， 考虑到成本、技术和社会接受程度等因素， 氢能时代还远远没有到来。这也成为限制氢燃料电池的推广和使用的重要原因之一。

并不是所有的燃料电池都一定要采用氢气作燃料。固体氧化物燃料电池(SOFC)在高温下(600 —800 ℃)工作， 可采用廉价的碳氢化合物(如天然气等)作燃料。虽然其反应产物中有二氧化碳， 但在高效、廉价地得到电能方面， 与传统的发电方式相比，SOFC 潜在有巨大的竞争力。特别是在灵活的小规模发电系统中， 例如分布式发电系统， 其效率要高于燃气轮机。此外， 燃料电池噪音污染小等特点也使其能在更广泛的领域得到应用。

最新研究SOFC 使用碳氢化合物燃料时， 一般先将燃料进行重整， 具体方式可分为外重整和内重整。外重整需要采用特别的重整设备， 将碳氢化合物重整成H2 和CO 的混合气后输入SOFC 中， 这增加了设备的复杂性。内重整是将碳氢化合物燃料与大量的水蒸汽混合后直接输入SOFC 中， 利用SOFC 的高温在SOFC 内部实现重整反应。这消除了外部重整设备的复杂性， 但大量的水蒸汽进入SOFC 会降低SOFC 的开路电压， 影响SOFC 的工作效率。为解决上述问题， 直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池的概念被提了出来， 并且成为国际上SOFC 研究的一个热点。

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池(directhydrocarbon solid oxide fuel cell ， D-HC SOFC)主要是相对于使用经过重整的碳氢化合物燃料的SOFC 提出来的。D-HC SOFC 定义为:将不加水蒸汽或加入少量水蒸汽的碳氢化合物燃料直接使用的SOFC。这里“加入少量” 的意思是指采用非常简单的手段和无需特别的设施对燃料进行加湿， 如使燃料气体在进入SOFC 前通过处于室温下的水进行“鼓泡” ， 燃料中就会含有约3 %的水。1

优点较之使用重整碳氢化合物燃料， 直接碳氢化合物SOFC 有很多好处:首先它结构简单， 省去了复杂的重整设备；由于没有使用大量的水蒸汽， 它的理论效率比使用重整燃料的更高；由于碳氢化合物燃料的能量密度比氢气燃料的高很多， 加上省去了复杂的重整设施，D-HC SOFC 发电系统的体积能量密度和重量能量密度会很高， 在便携式电源、备用电源、辅助电源和分布式电站等应用方面具有很大的优越性。然而， 碳氢化合物的分子比氢气大得多且结构复杂， 反应活性较差， 涉及到的反应也比较复杂。SOFC 在高温下工作， 而碳氢化合物在高温下容易发生裂解反应产生积碳， 这是D-HC SOFC 面临的主要问题， 需要得到很好的解决。

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学