洁净煤技术

作者：谷鑫, 蒋一东, 史翊翔, 蔡宁生

关键词：液态金属阳极,固体氧化物燃料电池,碳,碳氢燃料,能量效率

固体氧化物燃料电池（SOFC）因其高发电效率、高燃料适应性、低排放优势备受关注。然而，现有SOFC采用固态阳极，直接供给碳或碳氢化合物等复杂燃料将导致电极内燃料输运困难、结焦、积碳、毒化等问题，一直是研究人员持续攻关的重要挑战。液态金属阳极是一类新型SOFC阳极，因其液态自修复属性而具有抗结焦积碳等特性，可实现碳与碳氢化合物燃料的快速稳定转化。首先对液态金属阳极的运行原理进行了简要介绍，并针对现有的几类常见液态金属电极的反应特性进行了总结，其中在SOFC常规运行温度（700~800 ℃）下，液态锑阳极对应的金属氧化物为液态，可以通过密度作用下的自然对流实现电极内部氧的高效输运，具有良好的反应特性，是目前转化各类碳基燃料最具潜力的液态金属电极。因此，重点归纳了固态碳燃料与各类碳氢燃料在液态锑阳极中的转化机制，并对液态金属阳极的催化作用与杂质耐受特性分别进行了综述。最后，面向液态金属阳极中金属−金属氧化物自循环造成的理论效率损失，通过热力学计算提出了一种基于液态金属阳极的自热重整策略，在此基础上将液态金属阳极SOFC作为一种气电联产的“电化学重整器”，并将反应生成的H2、CO等简单气体小分子通入下游传统SOFC中，实现能量的梯级利用，有望发展一种燃料适应性广、能量效率高的综合性发电技术。

来源：2025年第2期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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