鉅大LARGE | 點擊量：432次 | 2024年01月22日
簡述當前幾種全球先進的碳燃料動力電池技術
近日，國際能源署(IEA)發布的《21世紀的煤炭》報告中，總結了四種未來煤炭利用技術。其中有些技術代表了不同的煤炭發電平臺，雖然還處于早期發展階段，但這些技術可能代表著煤炭利用的重大進步。這四種未來煤炭利用技術包括先進碳燃料電池、化學鏈燃燒、閉式布雷頓循環和增壓富氧燃燒。
作為未來幾十年發展進程中的重點，燃料電池將有希望使燃煤電廠的熱效率跨入新階段。《報告》指出，先進碳燃料電池技術包括直接碳燃料電池和整體煤氣化燃料電池。
直接碳燃料電池(DCFC)采用消耗粉煤的陽極系統。陰極系統消耗周圍空氣中的氧氣。低電壓電池(0.6~0.9伏直流電)堆棧獲得高直流電壓和電流，隨后轉變成標準交流電力。陽極廢氣富含二氧化碳，電池工作溫度范圍為650℃~1000℃。
DCFC的主要吸引力在于，只需花費與傳統粉煤電廠相當的成本就可以建立一座全規模的一體化發電廠，并獲得非常高的煤—電轉換效率(有可能超過60%)。
目前，DCFC技術處于實驗室規模發展階段，電力輸出不到1千瓦。基于這種技術的全規模發電廠需要放大約10萬倍，并需要投入大量的時間和工作將這一技術實現實際使用。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
雖然DCFC電化學概念已經得到證實，但仍然面臨重大挑戰，包括如何開發經濟合理的煤炭原料預處理系統以滿足DCFC質量要求。
同時，實現DCFC電池與電池堆5年壽命的目標，也需要付出巨大努力，以便能經濟地處理在預處理過程中未從煤炭中去除的污染物，如硫、氮、鹵素和灰成分等。
此外，還需要為DCFC電池進行經濟、耐用和可維護的設計，包括為單個電池供應空氣和煤炭，無泄漏與旁路等問題。
當前全球DCFC發電廠的關鍵發展途徑是以煤炭作為燃料，可以制造和運行耐用的單個電池，并實現目標壽命。之后的挑戰就是燃料電池發電廠開始運行時需解決的經濟制造、耐久性機械電池堆裝配，以及相關機械耐久性等問題。
整體煤氣化燃料電池(IGFC)發電廠是一種燃煤發電先進概念，燃氣輪機由燃料電池代替，將合成氣直接轉變為電能，同時產生多余熱能。
目前全球范圍內正在發展多種類型的燃料電池，但固體氧化物燃料電池(SOFC)可能是最佳應用選擇，包括二氧化碳捕集——因為SOFC能將清潔的、未變換的合成氣(一氧化碳和氫氣)轉變為二氧化碳和水，將水冷凝并采用精煉方式除去雜質后，可以進行二氧化碳壓縮和封存。
不過，利用合成氣工作的SOFC仍然是一項不成熟的技術。美國能源部的目標是到2015年能運行一個5兆瓦的發電系統。在此技術基礎之上，要將一個成功的5兆瓦發電系統約放大100倍形成一個全規模的發電廠，但目前看來在2025年之前還不太可能實現。
與實現DCFC類似，如何用經濟的方式除去煤基合成氣中的可能污染物(包括硫、氮、鹵素和灰成分)以滿足SOFC的質量要求、實現電池與電池堆5年壽命的目標，將是一個主要任務。
同樣與DCFC類似的是，SOFC實現還需要進行經濟、耐用和可維護的設計。
