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計畫中文名稱: 

小型CHP-SOFC 系統測試平台之研究與發展及其在新材料及系統設計的應用(2/3)

計畫英文名稱: 

Development of a Small-Scale CHP SOFC System Test Platform and Its Applications in New Material Development and System Design(2/3)

目前研究階段: 
結案(100%)
技術類別: 
封存技術(S)
執行單位: 
國立交通大學機械工程學系
執行年度(開始): 
民國101年
執行年度(結束): 
民國101年
預期成果(中文): 

小型SOFC-CHP系統研發:

一、SOFC新材料開發

第一年工作

1. 現今重組器與SOFC系統的結合,初步以冷凝捕捉的方式分離CO2,測試系統整合的可能性。並且著手開發確切有效率的CO2捕捉器。

2. 新穎應用於自致熱乙醇重組器的催化劑開發,預計達成結果如下:

A. Pyrochlore結構的催化劑開發,尋求適用並且價格低廉的活性金屬並達最佳分散性。

B. 具有Perovskite和spinel結構的催化劑開發。

3. 初步完成(CO2+乙醇)重組器系統的架設以及初步測試。

4. 進行硫化物、碳化物濃度對SOFC+重組器的性能影響分析。

5. 因應大面積燃料電池模組化,我們將以直徑2.7公分圓形片狀以及邊長3公分方形片狀電池為目標,優先以商業化高溫區段粉體氧化鎳、氧化釔穩定氧化鋯、鍶摻雜錳酸鑭進行電池製程。搭配本實驗室過去使用過的技術如壓製法、高溫噴塗法、旋轉塗佈法、電泳沉積法以及刮刀塗佈成型法,嘗試組成一結構穩定,且效能優化之燃料電池單電池以供使用。未來將搭配我們過去所研究之新型中溫材料,嘗試進行材料替換,降低製程成本。

二、SOFC流道設計模擬實驗

對燃料電池的氣體流道設計,因溫度過高難以實驗來準確量測,使在設計與組裝燃料電池系統時需要先模擬測試來確定電池組裝設計的可行性再來實作測試會較有效益。考慮到雙極板實作出來的加工可行性與使用可靠性,除了模擬之外尚須實驗配合。因此未來工作項目如下:

第一年工作

1. 參考文獻或比較近商業化SOFC設計並自行模擬設計出最佳化流道設計,嘗試以此設計製作雙極板。再自行設計出此系統之測試平台,確認測試之可行性。

2. 進行3x3 cm 長時測試.

三、高溫熱交換器

研究創新構想(不對稱孔洞Cavity 設計):一般熱傳增強設計多以凸起物來破壞熱邊界層,例如Louver, slit, insert 等,此類設計雖能增加熱傳但所增加的壓降卻遠大於熱傳,而且在微通道應用時,因為壓降的限制,通常操作流速部會太快,根據Yang et al. (2007-2010)一系列的研究發現,低速操作下氣流流經此類凸起物時,因為BYPASS 效應無法產生有效的混合,因此熱傳與平滑通道相仿但壓降卻遠大於平滑通道。因此本研究提出類似高爾夫球Cavity的設計(可搭配彈道溝槽設計),此一設計 可大幅下降壓損,比平板的壓降還低20%,而且熱傳的提升(相對平板),可達28%,而且通道中溫度的均勻度優於平板(見上表的紅外線攝影)。上述為空氣於常溫微通道之實驗研究,未來應用於高溫上必須進行更為深入的分析。因此本研究未來改善的SOFC熱交換器性能得作法分述如下:

第一年工作

1.建立高溫熱交換器測試環路。

2.測試驗證本測試環路與現有熱交換器性能。

3.使用創新不對稱孔洞搭配彈道設計於微通道中,搭配高力熱處理公司進行熱交換器製作。

4.測試驗證本創新構想與傳統設計的比對,並同時進行流動均勻性之測試與分析,與提出後續的改善設計。

四、SOFC-CHP系統動態模擬分析

第一年工作

1. 持續改善10kW SOFC-CHP 系統模擬的可靠度。

2. 利用基因遺傳演算法進行CHP 系統架構設計之最佳化、系統操作策略之最佳化

3. 完成1 kW SOFC-CHP 系統元件之規格設計與CHP 整合系統之動態模擬。

五、OTM-ASU系統研發:

(i) 開發新型OTM 材料,其傳輸速率在875oC 下,通氣端為大氣情況下,大於0.04 umolcm-2s-1,以符合商業需求。

(ii) 對單一元件組成,需要多孔陶瓷基材成形技術,使其孔隙率達20 vol%以上,以減少濃度極化現象;以及新穎陶瓷薄膜技術,使隔離膜厚小於1mm,降低氧離子阻抗。

第一年工作

1. 完成M1M2(Co1-xFexO3)材料粉末的開發與相關電性及傳輸性質研究

2. 完成OTM 多孔狀基材成型技術開發。

3. OTM 薄膜與厚膜塗佈技術開發。

 

計畫進度更新-中文: 
發表日期排列圖示 研究階段 內容
2013/01/18 結案(100%)

本年度計畫依計畫進度進行。於本年度內完成了使用甲烷為燃...