مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

3. یکپارچه سازی FC-FP
3.1 مسائل عمده
چالش اصلی در یکپارچه سازی FP-FC طراحی یک FP که گاز هیدروژن را قبل از ورود به FC به خوبی پیش اماده کند. پیچیدگی هایی در این مسیر به وجود می آید که مثلا مواد خام به FPS دچار یک وقفه هستند که با ترکیب فوق العاده متغیر و ترکیبات نامطلوب همراه می باشد. آنها نیاز دارند که شامل یک یکپارچه سازی با FCS شوند. به رغم از اهمیت به ادغام FP-FC، تحقیق بسیار کمی در مورد این موضوع انجام شده است. مسائل عمده تأثیرگذار برادغام FC-FP به شیمی، ترمودینامیک، پیکربندی و کنترل مراحل مربوطه بر میگردد. در یک تحقیق [19] گزارش داده شد که یکپارچه کردن PEM مدل سلول سوختی با بهره گیری از متان به عنوان یک منبع سوخت اشاره شده است. تجزیه و تحلیل کلی انرژی نشان داد که نیاز به متان اضافی برای به دست آوری مواد مورد نیاز از اصلاح گرمای فرایند گرماگیر در FP می باشد. مسائل متعدد دیگری نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شود.

3.2 اثرات ناخالصی های به وجود آمده در FP بر عملکرد FC
ناخالصی های موجود در سوخت اولیه و / یا تولید شده در طول فرایند اصلاح و دیگر فرآیندها می تواند تاثیر منفی بر عملکرد FC بگذارد. ورودی هوا به FC ممکن است شامل NOx و SO2 باشد، که جدول محدودیت تحمل CO، CO2، H2O، S، NH3 و را فراهم می کند. CO برای سیستم PEFC، PEMFC، PAFC وبه نوعی MCFC غیر قابل قبول است از آن جا که می توانید کاتالیزور پلاتین و نیکل را مسموم کند که با اتصال محکم به آنها از دسترسی از هیدروژن اضافه جلوگیری می کند. کمتر از 10 پی پی ام از CO در reformate FP ممکن است که کاتالیزور پلاتین را مسموم کند و سلول سوختی را از کار بیندازد. تلاش هایی گزارش شده است DJA BAO [2] به بهبود محدودیت تحمل اکسید کربن از PEMFCs به حدود ppm500. اقدام به عمل کرده اند. آنها چیزی در حدود 0.05 % به آند اضافه کردند که با مونتاژ غشاء الکترود بهینه شده است. تلاش هایی نیز در این زمینه انجام گرفته است که الف) موانعی برای توسعه یک کاتالیزور پلاتین-RU می CO جذب CO را جلوگیری کند (ب) به کارگیری تنگستن غنی کاتالیزور با نانوذرات دی اکسید تیتانیوم [22]. لی [23] CO مدل مسمومیت O2 در یک PEMFC. را مدل کرده بودند. مدل مورد نظر دفع ، جذب H2 ، CO و O2 ، سینتیک اکسیداسیون الکترو و اکسیداسیون ناهمگن را دنظر گرفته بود. اثر O2 و پاشش هوا در مسمومیت CO با اعتبار سنجی تجربی مناسب شبیه سازی شد. CO2 به عنوان یک dilutent تقریبا در تمام FCSدر نظر گرفته می شود و از طرف دیگر آن را به عنوان سم در PEFC و PEMFC نظر گرفته می شود. مورد یاد شده دستخوش واکنش گاز آب معکوس با هیدروژن جذب شده بر روی کاتالیست می باشد. این باعث می شود که بخش بزرگی از سطح پوشش کاتالیزور برای تفکیک H2 غیر فعال. شود. یانسن و دیگران مطالعاتی در حوزه[24] به کارگیری روش های مطالعاتی ولتامتری چرخه ای و chromocoulometry در مسمومیت CO2 در PEMFC انجام دادند.
ناخالصی حاوی گوگرد می توانید شدت عملکرد تمام FCS. را دچار تنزل شدید کند. گارزون و همکاران [25،26] به ارزیابی H2S و اثرات SO2 درPEMFCs. پرداختند و دریافتند که اثرات کاهش بسیار شدید هستند و همچنین این عوامل غیر قابل برگشت هستند که با توجه به مسمومیت کاتالیست در نظر گرفته می شوند. سولفور سوخت یک پیش نیاز برای غلبه بر اثرات مسمومیت گوگرد است. ناخالصی های دیگر هالوژنها، NH3 هستند و NOx. هستند. حضور نمک طعام متاسفانه یکی از منابع آلوده کننده کاتد هوا میباشد که در کاربرد دارد FCS و برای تامین هدایت پروتونی خود را به کمک یک جابجایی الکترونی هیدروژن و سدیم انجام می پذیرد. آمونیاک هر دوی موارد شروع پتانسیل و کاهش واکنش کاهش اکسیژن در را کاهش می دهد . تصفیه آب مکانیسم حذف غالب برای مسمومیت آمونیاک است. NOx های منفی مقاومت غشا در PEMFC را تحت تاثیر قرار میدهد و احتمالا با توجه به تشکیل یون آمونیوم به دلیل عدم کاهش توسط هیدروژن می باشد.

4. چالش های یک پارچه سازی FP-FC
4.1. شیمی و مهندسی FP
هیدروکربن ها با مشتقات CO میتواند به صورت CnHmOz نمایش داده شوند که برای ارزیابی محصول برای توزیع در فرایند اصلاح به کار بشته می شود. براساس چگالی انرژی خاص و ویژگی های گازی، مایع و سوخت جامد، حجم هیدروژن تولید شده می تواند مورد بررسی قرار گیرد. روغن دیزل دارای بالاترین چگالی انرژی در مقایسه با تمام سوخت های دیگر می باشد. این سوخت مواد غیر فراربیستری نسبت به زغال سنگ در محدوده دمای 160-370 دارا می باشد. همانطور که در بخش 2.3 بحث شد، FP یک سوخت اولیه غنی شده با هیدروژن را به گازهای و آتن زیر با تعدادی از فرآیندهای به حذف ترکیبات نامطلوب برای برنامه های کاربردی می پردازد. الکتروشیمی FC است مستعد ابتلا به مسمومیت با ناخالصی های موجود در هیدروژن گازهای غنی از FP می باشد. جدول 2 شامل برخی از اطلاعات در این باب می باشد. تعدادی از این واکنش ها به صورت گرماکیر ویا گرماده در طبیعت موجود می باشند.
به تازگی، اشمیت و همکاران [27] یک مروری بر پروسه ای سلول سوختی انجام داده اند. شکل 3 نشان می دهد که سوخت که بیشتر مورد استقبال ثرار می گیرد و برای گزینه های مختلف فرآیند از سلول های سوختی به کار میرود. آنها با در نظر گرفتن اصلاحات خالص سازی برای رعایت مشخصات ورودی FC و واحد منطقی فرآیندها در نظر گرفته می شوند. فن آوری تبدیل به گاز سطوح مختلف از مواد آلی تار را به وجود می آورد. فن آوری اخری منجر به تشکیل کک در کاتالیزور و یا الکترود به FCخود منجر به بی اثر شدنشان م شود. تصفیه گسترده در این مورد نیاز است برای تبدیل مناسب انها برای استفاده در FCها. گوگرد نیاز به گازی شدن یا بخارشدن از سوخت مایع به صورت مستقیم دارد که برای استفاده در حذف سلول های سوختی در دمای بالا SOFC و MCFC به کار گرفته شود. گاز desulphurized / بخار با هوا برای اکسیداسیون جزئی مخلوط می شوند و یا مخلوط می شوند تا فرایند اصلاح بخار صورت گیرد. تغییر آب گاز واکنش می تواند برای حذف بسیاری از هیدروژن غنی مخلوط های گازی به کار گرفته شود که پیش از تغذیه به سلول های سوختی درجه حرارت متوسط مانند AFC، HT-PEMFC PAFC. صورت میپزیرد. فرایند مذکور، می تواند بیشتر خالص سازی شود که با اکسیداسیون ترجیحی انجام می شود که برای حذفCO به کمتر از 10ppm برای استفاده دربه کار گرفته می شود. برای جلوگیری از کمبود H2 سوزاندن کاتالیزوری به کار گرفته می شود که برای تولید انرژی حرارتی اضافی هیدروژن خارج از FCS به کار بسته می شود.
مهندسی واکنش فرایندهای FP برای طراحی راکتور مهم H2 مورد نظر است. رفرمینگ واکنش عمدتا توسط انتقال جرم خارجی کنترل از فله به سطح کاتالیست که مانند انتشار ذره سان در داخل کاتالیزور منافذ ماده مورد نظر می با شد. GHSV بالا در بستر کاتالیست حفظ می شود که برای به حداقل رساندن مقاومت انتقال جرم خارجی مناسب می باشد وبه کارگرفته می شود. کمپ و همکاران [28] سرعت فضای 200.000 ساعت است را گزارش کردندکه برای اصلاح کننده ها مناسب می باشد، 60000 ساعت برای WGSR و 150.000ساعت برای حذف CO توسط اکسیداسیون بود معیین شده است.که در مقابل GHSV از 1000-3000 ساعت میباشد که فرایندهای صنعتی هیدروژن گزارش شده است.
روش معرفی شده واکنش گر در روند FP، برروی انتقال جرم و فرآیندهای جنبشی اثر گزار می باشد [4]. واکنش کاتالیز در واحد FP LE ممکن است خیلی به دور از از یک فرایند بهینه سازی شده باشد که بیشتر از نقطه نظر ملاحظات مهندسی واکنش، می باشد.این مورد یاد شده همراه با فاکتور اثرگزاری کاتالیستی همراه می باشد که کمتر از 0.5 می باشد. مکانیزم هایی که در مورد فرایند مورد نظریاد شد به خوبی درک نمی شود چرا که تکامل این سیکل ها یک استراتژی برای رسیدن به روند بهره وری عالی می باشد. استفاده از کاتالیزورهای مهندسی برای رسیدن به بالاترین چگالی توان و قدرت خاص یکپارچه محدودیت FP-FC می باشد. راکتور Autothermal ترکیبی از اثرات حرارتی CPOX و واکنش SR با تغذیه سوخت را شامل می شود که آب و هوا راکتور با هم حضور دارند. در دو فرایند فعلیت جنبشی رخ می دهد که به طور همزمان در حضور یک کاتالیزور نرخ مورد نیاز خود را احساس کرده و برای رسیدن به تعادل حرارتی فرایند ادامه پیدا می کند. در یک مطالعه جالب آتایانوم و همکاران 31 اثرات تجزیه و تحلیل پردازنده های مختلف در HT و LT سیستم های سوخت-PEMFC با مرجعت غلظت CO و خوراک H2 را تجزیه تحیل کردند و آنها نتیجه گرفتندکه سیستم HT-PEMFC دارای بالاترین بهره وری می باشند واین زمانی ایت که راکتور WGS در مدار FP قرار می گیرد.

4.2 مهندسی و شیمی FC
یک واحد FC متشکل از کاتد مثبت و بار منفی آند می باشد که، یک الکترولیت و یک بار خارجی (شکل 4). را شامل می شود که در شکل 4 نشان داده شده است. رابط آند می تواند سوخت الکترولیت را فراهم کند که در محموع عوامل گفته شده تسریع انتقال هیدروژن و تسهیل مسیر انتقال برای انتقال الکترون ها را فراهم می کند. به طور همزمان کاتد رابطی بین اکسیژن و الکترولیت فراهم می کند ، به دنبال آن واکنش اکسیژن و تسریع فرایند را فراهم می کند که این عوامل راه را برای انتقال الکترون به الکترود اکسیژن از طریق مدار خارجی را فراهم می کند. الکترولیت به عنوان یک جدا کننده H2-O2 عمل می کند و مدار الکتریکی شامل حمل و نقل یون الکترود را کامل می کند. یک سلول سوختی معمولی در شرایط 0.55-0.8 V با حداکثر مقدار نظری 1.48v کار میکند. از آنجا که جریان الکتریکی حاصل ضرب ولتاژ کاری می باشد، مقدار مشخصی از گرما در سلول سوختی تولید می شود. حرارت توسط آب تولید شده در FC حمل مشود که به عنوان بخار آب در نظر گرفته می شود. جدول 2 واکنش های در ارتباط با مکانیزم الکتروشیمیایی چهار نوع مهم از سلول های سوختی و کاتد در آند را مشخص می کند. در اند هیدروزن به گاز الکتروشیمیایی H+ تبدیل می شود و الکترونها در کاتد، اکسیژن به صورت یک فرایند الکتروشیمیایی در گاز ترکیب می شود که حضور یک کاتالیزور با یون هیدروژن و الکترون های آزاد در نهایت باعث ایجاد آب می شود. انرژی واکنش کلی آب سازند برابر است با تفاوت انرژی آزاد گیبس بین محصول و واکنش دهندها می باشد.

تحت شرایط عملیاتی معمولی، آند با بهره گیری از حدود 80٪ سوخت هیدروژن ارائه شده توسط پردازنده را استفاده می کند. به عنوان یک نتیجه، جریان موجود در آند هنوز غنی از هیدروژن می باشد. خروج از آن در سلول های سوختی نه تنها به خطر انداخته بهره وری اگزوز می انجامد بلکه منجر به مشکلات حرارتی و محیط زیست نیز می شود. معرفی یک هیدروژن سوز کاتالیزوری فعال باعث بهبودی این فرایند می شود وباعث تبدیل آن به انرژی حرارتی می شود. فرایند مذکور می تواند برای پیش گرم سوخت وکاهش هوا به FP مورد استفاده قرار گیرد.. Sourapas و همکاران [32] طراحی و توسعه یک مدل پویا از FP-PEMFC را انجام دادند که هدف آنها طراحی یک سیستم کاتالیزوری برای رفع پدیده هیدروژن که در جریان گذرا اتفاق می افتاد. آنها همچنین کاهش جریان بار در آند به طور ناگهانی، را مورد مطالعه دقیق قرار دادند. آب تولید شده در کاتد باید از بخار حذف شده و آب به عنوان دسترسی بهتر به کاتد O2. اضافه شود. در این حالت محصول بدست آمده می تواند با SUA از سطوح رطوبت بهدستآمده گازهای واکنش دهنده مخلوط شود. یک قیاس قابل توجه در تعادل آب وجود داردکه درآن FCS و بالانس انرژی در یک راکتور شیمیایی گرمازا عنوان می شود که توسط مطالعات چیا و همکاران انجام شده است. 33
پدبده یاد شده رخ می دهد و علت آن هم متوجه به حالت های فعال مکانیزم التروشیمیایی فعال، عبور سوخت بیش ازحد، جریان های داخلی و زیان اهمی و غلظت باشد. زمان واکنش کاتد 100 بار کندتر از واکنش در آند است و می تواند چگالی توان از سلول را محدود کند. سوخت عبور بیش از حداز آند به کاتد رخ می دهد که بدون آزاد کردن الکترونها از طریق مدار خارجی به وقوع می پیوندد. عامل گفته شده کاهش بازده سلول است می باشد. تلفات غلظت رخ می دهد که عامل آن با توجه به H2 و O2 می باشد که منجر به کاهش در الکترودها با توجه به ساخت آب در کاتدمی باشد.

5. عملکرد کلی دمایی سیستم های FP-FC
5.1. انالیز دمایی
بهره وری انرژی یک سیستم FP-FC یکپارچه بستگی به فاکتورهایی دارد که هیچ در تنظیمات شخص واحد، ترکیب هیدروژن تغذیه به FC و شرایط عملیاتی دخیل نیست. مدیریت حرارتی توسط فقری و گوا [34] بررسی شده است. تعادل حرارتی از یک سیستم FP-FC بسیار مهم می باشد که برای حصول اطمینان از بازده حرارتی بالا و مواد سریع و پاسخ دینامیکی از سیستم ارزیابی می شود. مکانیزم یاد شده مناسب برای کنترل نرخ می باشد، که از ان جمله اکسیژن و آب می باشند (ب) اطمینان حاصل کردن از عامل بهینه درجه حرارت در کاتالیزور می باشد (ج) حفظ درجه حرارت گازها و سطوح اگزوز خارجی از راکتور در محدوده مجاز. بازده حرارتی از اصلاح کننده های FP در (شکل 5) نشان می دهد که بهره وری حداکثر در تولید هیدروژن (HPE) رخ می دهد در حالی که حداقل اصلاح بخار در کل تحت اکسیداسیون می باشد ورخ می دهد. زمانی که فرایند به اکسیداسیون از بخار اصلاح حرکت می کند ، مقدار مونوکسید کربن افزایش می یابد و محتوای آن به حداکثر می رسد حداقل محلی کربن مونوکسید در شرایط اصلاح بخار رخ می دهد. از نقطه نظر بهره وری انرژی، ماکسیما زمانی رخ می دهد که تحت شرایط حرارتی autothermal سیستم در حال کار کردن باشد.

تحقیقات اولیه بر روی میز آزمون برای سیستم های انرژی مجتمع میکرو-CHP

Preliminary Investigations on a Test Bench for Integrated MicroCHP Energy Systems

چکیده
1- مقدمه
1-1- هدف از این کار
2- شرح میز آزمون میکرو CHP مبتنی بر FC موجود
3- طراحی ارتقای میز آزمون های با مجتمع سازی با یک MRC
4- عملیات مورد انتظار و عملکرد سیستم میکرو CHP مجتمع
نتیجه گیری

چکیده
سیستم های انرژی میکرو CHP (ترکیبی از حرارت و برق) به طور بالقوه برای کاربردهای مسکونی مناسب هستند و به طور معمول توسط تقاضای حرارت درجه پایین و مقادیر نسبت تقاضای انرژی محدود الکتریکی به گرمایی انرژی مشخص می شوند. نوآوری های مختلف و فن آوری های در حال توسعه CHP در حال حاضر در واحدهای مقیاس کوچک بررسی می شوند، اما یک استاندارد تا کنون شناسایی نشده است. علاوه بر این، با توجه به درخواست بار، تولید برق را می توان مورد استفاده قرار داد، در باتری الکتریکی و یا در شبکه خارجی ذخیره نمود، و یا با سایر منابع خارجی ادغام نمود. حرارت موجود را می توان مورد استفاده قرار داد، در داخل سیستم انباشته و یا تلف نمود. راحتی واقعی سیستم های CHP در اندازه کوچک به پروفایل های تقاضا و منطق مدیریت عملیات بستگی دارد.
امکانات آزمون، در دانشگاه بولونیا، برای توصیف تجربی عملکرد همزادی سیستم های قدرت هیبریدی در مقیاس کوچک، متشکل از سیستم های میکرو-CHP از فن آوری های مختلف (مانند چرخه های رنکین آلی و سلول های سوخت غشاء پروتون) ، یک باتری و یک زیر سیستم بازیابی حرارت در حال توسعه است. راه اندازی آزمون نیز با شبیه ساز بار خارجی، به منظور تولید پروفیل بار متغیر یکپارچه شده است.
این گزارش, ویژگی های اصلی میز آزمون پیاده سازی شده، رویه انتخاب عملکرد مورد انتظار و واحد میکرو CHP اتخاذ شده را توصیف می کند.
1- مقدمه
تولید برق در مقیاس بزرگ و انتقال با استفاده از شبکه چگالی توان بالا در حال حاضر راه حل غالب برای پوشش توزیع تقاضای کاربران توان در بسیاری از کشورهای صنعتی است. مقادیر عملکرد قابل توجه می تواند با پیشرفت های بیشتر از نیروگاه های مقیاس بزرگ در آینده نزدیک به دست آید [1].
با این وجود، سیستم میکرو CHP (ترکیبی از حرارت و برق) در چارچوب یک رویکرد تولید پراکنده تحت بررسی هستند که این سیستم, کاهش تلفات شبکه و تحقق هر دو تقاضای حرارتی و برق مصرف کنندگان محلی [2] را میسر می سازد. سیستم های میکرو CHP دارای پتانسیل های مناسب طبیعی برای کاربردهای مختلف مدنی، سوم و صنعتی، مانند ساختمان های مسکونی، بیمارستان ها، سوپر مارکت ها، مراکز ورزشی، و غیره هستند که در آن تقاضای حرارتی قابل توجهی به تقاضای برق به کاربران، کاهش مصرف انرژی اولیه و همچنین اثرات زیست محیطی [3] در ارتباط است. یک بازار بالقوه بزرگ برای میکرو CHP از بیش از ده سال پیش شناسایی شده است، که به عنوان مثال توسط Dentice D’Accadia و همکاران در [4] برجسته شده است.
نتیجه گیری
یک سیستم چند-منبع میکرو CHP در آزمایشگاه ما پیاده سازی شده است. این سیستم در دسترس است و بعداً بیشتر بهبود خواهد یافت، و همانطور که که در اینجا توضیح داده شد، برای کمپین های آزمون مختلف سیستم مدیریت در حال توسعه، به منظور تعریف منطق عملیاتی مطلوب استفاده خواهد شد. تحقیقات مقدماتی انجام شده است و نتایج محدود نشان داده شده در اینجا در آینده نزدیک گسترش خواهند یافت.

Abstract

Micro-CHP (Combined Heat and Power) energy systems are potentially suitable for residential and tertiary utilities, typically characterized by low-grade heat demand and limited electric-to-thermal energy demand ratio values. Different innovative and under development CHP technologies are currently investigated in small scale units, but a standard has not been identified till now. Moreover, depending on the load request, the produced electricity can be used, stored in electric accumulator or in the external net, or integrated with other external sources. Contextually, the available heat can be used, accumulated inside the system or dissipated. The actual convenience of small size CHP systems depends on the demand profiles and the operation management logic. A test facility is being developed, at the University of Bologna, for the experimental characterization of the cogenerative performance of small scale hybrid power systems, composed of micro-CHP systems of different technologies (such as Organic Rankine Cycles and Proton Exchange Membrane Fuel Cells), a battery and a heat recovery subsystem. The test set-up is also integrated with an external load simulator, in order to generate variable load profiles. This report describes the main characteristics of the implemented test bench, the selection procedure of the adopted micro-CHP unit and expected performance.

1- Introduction

Large scale power production and transmission with high power density network is currently the predominant solution to cover the distributed users power demand in many industrialized countries. Remarkable performance values could be achieved with further improvements of such large scale power plants in the near future [1]. Nevertheless, micro-CHP (Combined Heat and Power) systems are under investigation in the framework of a distributed generation approach, allowing for a reduction in the network losses and for the fulfillment of both thermal and electricity demand of local consumers [2]. Micro-CHP systems have natural potential suitability for different civil, tertiary and industrial applications, such as residential buildings, hospitals, supermarkets, sporting centers, etc., where a significant thermal demand is associated to the user electricity demand, reducing primary energy consumption and also environmental impact [3]. A large market potential for Micro-CHP has been identified since more than ten years ago, as highlighted for example by Dentice d’Accadia et al. in [4].

Conclusion

A complex multi-source micro-CHP system has been implemented in our laboratory. The system is available and it will be further improved, as described here, for different test campaigns The management system is under development, in order to define the optimum operating logic. A preliminary performance investigation has been carried out and limited results here shown will be extended in the near future..

مطالعه عددی در مورد تنش های حرارتی از یک سلول سوختی اکسید جامد مسطح

Numerical study on thermal stresses of a planar solid oxide fuel cell

چکیده
1- مقدمه
2 – مدل ریاضی
2-1 – مدل هندسی
2-2 مدل الکتروشیمیایی
2-3- مدل سیال-حرارتی
2-4- مدل تنش حرارتی
3- نتایج و بررسی
3-1- تجزیه و تحلیل سیال-حرارتی
3-2- محاسبه تنش حرارتی
4- نتایج

چکیده

مدل المان محدود سه بعدی (3D) متشکل از الکترود منفی-الکترولیت-الکترود مثبت (PEN) و مونتاژ اتصال فلزی (MIC) با استفاده از نرم افزار تجاری المان محدود ABAQUS ساخته می شود. با مشخصات دمایی شبیه سازی شده در سلول سوختی اکسید جامد مسطح (SOFC) ، روش المان محدود، برای محاسبه توزیع تنش حرارتی در SOFC مسطح استفاده می شود. اثرات مشخصات دمایی، الکترودها و ضخامت الکترولیت و ضرایب عدم تطابق انبساط حرارتی (CTE) بین مولفه ها مشخص می شوند. مقدار و توزیع تنش حرارتی، تابعی از مواد اعمال شده CTE، مشخصات درجه حرارت اعمال شده و ضخامت آند و الکترولیت می باشد. نتایج محاسبه شده را می توان به عنوان راهنمایی برای انتخاب مواد SOFC و طراحی ساختار SOFC استفاده نمود. آند تحت تنش های کششی زیادی قرار می گیرد و در مدت اولین خنک کنندگی از دمای پخت، الکترولیت تحت تنش فشاری بزرگی قرار می گیرد. کاهش شیمیایی NIO به نیکل در آند متخلخل، تا 20 ٪ باعث کاهش سطح تنش مطلق در ساختار PEN می شود. تنش های کششی زیادی در آند و تنش های فشاری بزرگ در الکترولیت، زمانی که که SOFC در درجه حرارت بالا عمل می کند، تا حدی آرام می شود. زمانی که ساختار PEN پس از پخت در حال خنک شدن در دمای اتاق است، ترک ها احتمالا می تواند در ساختار آند ظاهر شوند.

1- مقدمه
سلول های سوخت، کارآمد ترین دستگاه برای تبدیل الکتروشیمیایی انرژی شیمیایی هیدروژن به برق هستند و توجه فزاینده ای را در سال های اخیر برای سازگاری با محیط زیست بدون انتشار سمی یا انتشار سمی کم و تولید برق توزیع شده کارآمد به خود معطوف کرده اند. در سلول های سوختی موجود، سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) با هندسه یکپارچه، مسطح و لوله ای به عنوان یک سلول سوختی با دمای بالا، باعث عملکرد خوبی در تولید انرژی می شود و همچنان به عنوان یک منبع انرژی آینده، نویدبخش است. در طرح های پشته SOFC ، به تازگی طراحی نوع مسطح جلب توجه کرده است، به دلیل اینکه ساخت ساده تر نسبت به اشکال مختلف از طرح های نوع دیگر دارد. علاوه بر این، SOFC نوع مسطح، به دلیل مقاومت الکتریکی پایین به عنوان یک نتیجه از مسیر جریان کوتاه تر، چگالی انرژی بالاتری را نسبت به نوع SOFC لوله ای ارائه می دهد. درجه حرارت معمولی از یک سلول سوختی اکسید جامد 600 تا 1000 درجه است که منجر به تنش های شدید حرارتی و تاب برداشتن بر روی ساختارهای الکترود منفی-الکترولیت- الکترود مثبت ( PEN ) از SOFCs می شود که ناشی از عدم تطابق ضرایب انبساط حرارتی (CTE) از لایه های مختلف در ساختار PEN از SOFCs با توجه به تغییرات دما در طول فرآیند تولید PEN و چرخه حرارتی است. و اینها ممکن است به ترک و نابود شدن ساختار SOFC منجر شود.
4- نتایج
مدل الکتروشیمیایی قطبش کامل سه بعدی و مدل المان محدود تنش حرارتی سه بعدی برای SOFC مسطح در این مقاله استفاده شده است. واکنش اصلاح داخلی و واکنش جابجایی آب-گاز در شبیه سازی ها برای جریان همزمان و ضد جریان در نظر گرفته می شود. با مشخصات دمایی شبیه سازی شده در SOFC مسطح، تجزیه و تحلیل المان محدود برای محاسبه توزیع تنش حرارتی در SOFC مسطح به کار گرفته شده است. اثرات دما، آند و ضخامت الکترولیت و ضریب عدم تطابق انبساط حرارتی بین مولفه ها مشخص و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
نتایج شبیه سازی سیال-حرارتی نشان داد که گرادیان دما در نزدیکی ورودی سوخت برای الگوی ضد جریان بسیار بزرگتر از الگوی جریان همزمان است. تنش حرارتی به طور عمده از عدم تطابق CTE بین مواد مختلف نشات می گیرد. آند تحت تنش کششی زیادی قرار می گیرد و الکترولیت در مدت اولین خنک کنندگی از دمای پخت تحت تنش فشاری بزرگی قرار می گیرد. زمانی که ساختار PEN به دمای اتاق پس از پخت سرد می شود، ترک ها احتمالا می تواند در ساختار آند ظاهر شود. کاهش شیمیایی از NIO به نیکل در آند متخلخل باعث کاهش سطح تنش مطلق در ساختار PEN به اندازه 20 درصد می شود در حالی که در زمان میانگین، این استحکام آند پایین تر نیز می آید. هنگامی که SOFC در دمای بالاتر کار می کند، تنش های کششی در آند و تنش های فشاری در الکترولیت تا حدودی آرام می شود.

Abstract

A three-dimensional (3D) finite element model consists of positive electrode–electrolyte–negative electrode (PEN) and metallic interconnect (MIC) assembly is constructed by using commercial finite element software Abaqus. With the simulated temperature profile in the planar solid oxide fuel cell (SOFC), the finite element method is employed to calculate the thermal stress distribution in a planar SOFC. The effects of temperature profile, electrodes and electrolyte thickness, and coefficients of thermal expansion (CTEs) mismatch between components are characterized. The value and distribution of thermal stress are the functions of the applied materials CTEs, applied temperature profiles and thickness of anode and electrolyte. The calculated results can be applied as the guide for SOFC materials selection and SOFC structure design. The anode is subjected to large tensile stresses and the electrolyte is subjected to large compressive stresses during the first cooling from the sintering temperature. The chemical reduction of NiO to Ni in the porous anode lowers the absolute stress level in the PEN structure by 20%. The large tensile stresses in the anode and the large compressive stresses in the electrolyte relax partly when the SOFC operates at high temperature. Cracks could probably appear in the anode structure when the PEN structure is cooling to room temperature after the sintering.

1- Introduction

Fuel cells are the most efficient devices for the electrochemical conversion of chemical energy of hydrogen into electricity, and have been gaining increasing attention in recent years for environmentally friendly with little or no toxic emission and efficient distributed power generation. In the existing fuel cells, the solid oxide fuel cell (SOFC) with monolithic, planar and tubular geometries, as a high temperature fuel cell, makes a good performance in power generation and continues to show great promise as a future power source. In SOFC stack designs, the planar type design has received much attention recently, because it is simpler to fabricate and easier to be made into various shapes than the other type designs. Besides, the planar type SOFC offers higher power density relative to the tubular type SOFC due to the low electrical resistance as a result of the shorter current paths. A typical operating temperature of a solid oxide fuel cell is 600
Ce1000
C, which leads to severe thermal stresses and warpage on the positive electrodee electrolyteenegative electrode (PEN) structures of SOFCs caused by the mismatch of the coefficients of thermal expansion (CTEs) of various layers in the PEN structures of SOFCs due to the temperature changes during the PEN manufacturing process and thermal cycling. And these may lead to cracks and destroy the SOFC structure.

4- Conclusions

A 3D complete polarization electrochemical model and a thermal stress finite-element model for a planar SOFC are employed in this paper. The internal reforming reaction and water-gas shift reaction are taken into account in the simulations for both co-flow and counter-flow. With the simulated temperature profile in the planar SOFC, the finite-element analysis is employed to calculate the thermal stress distribution in the planar SOFC. The effects of temperature profile, anode and electrolyte thicknesses and coefficients of thermal expansion mismatch between components are characterized and analyzed.

The thermo-fluid simulation results indicated that the temperature gradient near the fuel inlet for counter-flow pattern is much larger than that of co-flow pattern. The thermal stress is mainly contributed by the reason of CTE mismatches between different materials. The anode is subjected to large tensile stress and the electrolyte is subjected to large compressive stresses during the first cooling from the sintering temperature. The cracks could probably appear in the anode structure when the PEN structure is cooled to room temperature after the sintering. The chemical reduction of NiO to Ni in the porous anode lowers the absolute stress level in the PEN structure by 20% while in the mean time the strength of the anode becomes lower too. When the SOFC works at a high temperature, the tensile stresses in the anode and the compressive stresses in the electrolyte relax partly.

سولفورزدایی با جذب سطحی سوختهای جت و دیزلی با استفاده از ماده های جاذب سطحی Ag/TiOx–Al2O3 و Ag/TiOx–SiO2

Adsorptive desulfurization of jet and diesel fuels using Ag/TiOx–Al2O3 and Ag/TiOx–SiO2 adsorbents

Abstract

The objective of this work is to examine the performance of Ag/TiOx–Al2O3 and Ag/TiOx–SiO2 for adsorptive desulfurization of JP5, JP8, Off-Road Diesel (ORD), and Ultra Low Sulfur Diesel (ULSD) at ambient conditions. These adsorbents were observed to be effective for desulfurizing liquid hydrocarbon feeds that ranged from 7.5 to 1172 ppmw S and comprised of diverse sulfur compositions. In fixed bed continuous adsorption tests, 4 wt.%Ag/TiOx–Al2O3 demonstrated saturation capacities of 10.11, 6.11, and 7.4 mg S/g adsorbent for JP5 (1172 ppmw S), JP8 (630 ppmw S), and ORD (452 ppmw S), respectively. In equilibrium saturation experiments, the adsorbent was able to desulfurize ULSD down to less than 75 ppbw S and this was achievable even when the initial concentration of non-sulfur aromatics was greater than 25,000 times higher. Dispersing TiOx onto high surface area alumina and silica substrates increased the sulfur adsorption capacities of both. This enhancement in adsorption capacity increased still further with silver addition. Higher Ag loading (up to ∼12 wt.%Ag) on TiOx–Al2O3 proved beneficial to sulfur adsorption capacity when compared to TiO2 (up to ∼4 wt.%Ag), indicating that the mixed oxide supports were able to host more active silver oxides. The adsorption selectivity toward different sulfur compounds present in the fuels varied during the fixed bed adsorption tests. The adsorbent had the greatest affinity for BT’s and the least for TMBT’s and DMDBT’s (the selectivity order from the strongest to weakest adsorption was: BT > MBT > DMBT > DBT ≈ MDBT > TMBT ≈ DMDBT). Ag/TiOx–Al2O3 was thermally regenerable in air for multiple cycles at temperatures ranging from 110 to 450 °C. The effects of titanium loading, silver loading, and titanium precursor on sulfur adsorption capacity are also presented.

1 Introduction

Sulfur and its derivatives are major contaminants in hydrocarbon fuels. Desulfurization of fuels has gained importance due to environmental concerns, and many countries are enacting laws limiting maximum sulfur emissions. For example, the maximum sulfur concentration in highway diesel in the US has been limited to 15 ppmw since 2006, down from 500 ppmw [1–3]. Other transportation fuels are also being regulated to reduce sulfur content. Desulfurization also has a significant impact on the successful application of fuel cell technologies. Transportation fuels such as gasoline, diesel, and jet fuel are ideal for on-board fuel cell systems because of their high energy density, availability, and operational safety factors. However, the development of fuel cell systems is restricted due to the demand of ultra low sulfur feeds in their reformation systems [4]. Sulfur poisons precious metal electrodes in fuel cells and reforming catalysts, therefore only fuels with less than 100 ppb sulfur content are allowable in fuel cell systems such as Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cells [1,5]. High temperature Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) typically require less than 30 ppm S in the feed prior to reforming [6].

Most of the organosulfur compounds are generally removed from hydrocarbon fuels by conventional Hydrodesulfurization (HDS) process in refineries. It is a catalytic process requiring high temperature (300–400 C) and pressure (3–6 MPa) in the presence of hydrogen [1]. In the recent years, refineries are facing higher amounts of sulfurous crude oil as feedstock due to the diminishing crude oil reserves and producing larger volume of products from high sulfur heavy oil fractions. This, along with the demand for ultra clean fuel, are increasing the desulfurization cost [7]. Especially for achieving the sulfur concentration tolerable to fuel cells, the HDS process has to increase its reactor volume and H2 consumption [8,9]. HDS also has less satisfactory performance in removing Poly Aromatic Sulfur Heterocycles (PASHs) [10]. Hence, it is necessary to develop an alternative or supplementary process to HDS for deep desulfurizing fuel. Among several alternative processes reported earlier [1,8,11–17], desulfurization by direct adsorption of organosulfur species at ambient conditions has gained much attention [9,18–24]. Adsorptive desulfurization provides great applicability and has several advantages such as its selectivity toward PASH, scalability, and the ability to desulfurize hydrocarbon fuels to near zero sulfur content. It also does not require hydrogen or any other auxiliary units. Adsorptive desulfurization can supplement HDS process as a polishing step and offers an alternative solution to the high cost of producing ultra clean fuels.

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

3. جنبه های رادیویی تکنولوژی 5G
به طور کلی، سیستم سلولی را می توان به روش های متعامد و غیر متعامد طبقه بندی نمود. سیستم های سلولی نسل اول و دوم تحت روش های دسترسی چندگانه متعامد عمل میکنند. مزیت اصلی این روش ها اجتناب از تداخل داخل سلولی، حساسیت به تداخل سلول متقابل، عدم حساسیت به اثراتnear far ، پنجره آزاد برای هماهنگ سازی و اجرای روش چرخه ای-پیشوند با استفاده از ISI می باشد.
نقشه راه فنی برای نسل سلولی با توجه به روش های متعامد و غیر متعامد عبارتست از: یک دیدگاه تاریخی که در شکل 2 نشان داده شده است. در روش های متعامد، سیگنال ها از کاربران مختلف با یکدیگر متعامد بوده و ارتباط متقابل (cross correlation) آنها صفر است، که توسط FDMA (دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس) و OFDMA (دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس متعامد) به دست می آید. OFDMA برای نرخ داده بالا خوب عمل میکند، اما برای تداخل بین سلولی و قدرت انتقال پایین کارآمد نمی باشد [6].

طرح غیر متعامد CDMA در سیستم های سلولی نسل دوم و سوم مانند WCDMA، CDMA2000 اتخاذ شده است. روش های غیر متعامد حساسیت به تداخل میان سلولی، کاهش تداخل متقابل، حساسیت به اثر near far بوده و به هماهنگ سازی نیاز ندارند. این طرح ها اجازه می دهند تا همبستگی متقابل غیر صفر میان سیگنال های دریافتی از کاربران مختلف از جمله در دسترسی متعدد تقسیم کد (CDMA) و IDMA (دسترسی چندگانه جایگذاری) اجرا گردد. CDMA روش دسترسی چندگانه غالب برای شبکه های سلولی 3G فعلی است. در مقایسه با همتایان متعامد آن، CDMA برای لغو تداخل بین سلولی بسیار خوب عمل کرده، در برابر محو شدن مقاوم است، اما در محیط های انتقال غیرهمزمان با نرخ انتقال داده بالا مقیاس پذیر نیست و همچنین پهنای باند آن بسیار بیشتر از نرخ داده استفاده شده برای رفع تداخل می باشد. در مورد طرح های دسترسی چندگانه هیبریدی، ترکیب مناسب (روش های متعامد و غیر متعامد) CDMA و OFDMA تا حد زیادی عملکرد را بهبود می بخشد. ایده اولیه پیشنهاد شده توسط نویسنده سیستم سلولی را به دو منطقه، به نامهای بخش داخلی و بخش خارجی با پارتیشن بندی استفاده مجدد تقسیم میکند [7] – [8]. بخش داخلی با OFDMA پیوند خورده و بخش خارجی با دسترسی چندگانه تقسیم حلقوی-پیشوند-کد (CP-CS-CDMA) متصل شده است. CP-CS-CDMA بدون درنظر گرفتن کانال CODEC بطور آزادانه برایMAI (تداخل دسترسی چندگانه) فراهم می شود[9]. مفهوم پیشوند حلقوی در ابتدا در سیستم OFDM توسعه داده شد. بعدها CP-CS-CDMA با عملکرد بهتر و کاهش پیچیدگی سیستم، موردتوجه عموم قرار گرفت. CP-CS-CDMA تا حد زیادی می تواند با استفاده از محاسبات باند جزئی FFT به جای محاسبات FFT باند کامل در سیستم CDMA سنتی بهره وری سیستم را افزایش دهد [10]. ویژگی اصلی کد CS (comb spectrum) این است که هر گروه کد می تواند تنها بخشی از تمام نقاط فرکانس را اشغال کند. فرض کنید اگر یکی از گروه های کد CS در سیستم CP-CSCDMA حاضر نباشد، برخی از نقاط فرکانس بیکار و آماده استفاده نشان داده میشوند. نقطه فرکانس آماده بکار به زیر حاملOFDMA برای انتقال سیگنالهای OFDMA اختصاص داده میشود. طرح دسترسی چندگانه ترکیبی با ترکیب صحیح CDMA و OFDMA در همان باند بدون تداخل کار می کند. طیف ترکیبی CDMA و OFDMA در شکل 3 نشان داده شده است.

علت اصلی نگه داشتن OFDMA در بخش داخلی به دلیل ضعف مقاومت سیستم ها در برابر تداخل کانال است. با این حال حتی اگر تداخل کانال خیلی کم باشد، هنوز هم می توان با برنامه نویسی مناسب کانال به بهره وری خوب دست یافت. از سوی دیگر، دلیل عمده برای نگهداری سیستم CPCS-CDMA در بخش خارجی، حفظ عامل استفاده مجدد 1 با میانگین تداخل کانال است.
هدف از پارتیشن بندی برای استفاده مجدد، افزایش ظرفیت سیستم است که می تواند با یک عامل واحد استفاده مجدد به دست آید. زمان عالی برای تصمیم گیری در مورد موضوع پژوهش در جنبه تکنولوژی رادیویی دیدگاه های 5G وجود دارد، همچنین اتخاذ هر دو طرح متعامد یا غیر متعامد یا ترکیبی حائز اهمیت است، زیرا هر یک از این روش ها دارای مزایا و معایبی برای کاهش تداخل دسترسی چندگانه (MAI)، تداخل بین نمادی (ISI) می باشند.

4. ایستگاه های پایه سلولی سبز با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر 5G
اخیرا مصرف و انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) به موضوعات داغ در صنعت آینده ارتباطات موبایلی سبز تبدیل شده است. انرژی سبز یکی از آیتم های پر هزینه برای اپراتورهای شبکه تلفن همراه (MNO) است. شبکه های خط ثابت و شبکه های تلفن همراه در عمل از الگوی مصرف متفاوتی استفاده میکنند.
با توجه به شبکه های خط تلفن ثابت، 70 درصد از مصرف انرژی کل در سمت کاربر نهایی رخ می دهد و تنها 30 درصد به علت OPEX (هزینه عملیاتی) است. از سوی دیگر برای شبکه های تلفن همراه، 90 درصد از مصرف انرژی کل در OPEX و یک بخش کوچک 10٪ مصرف انرژی کل در سمت کاربران است که در شکل 6 نشان داده شده است. در این رابطه، شبکه های5G با چالش های زیادی برای ارائه برق به این شبکه های در حال گسترش روبرو هستند. در کشورهای در حال توسعه بسیاری از ایستگاه های پایه در مناطق راه دور با دسترسی محدود قرار گرفته اند، در حالی که بعضی از این نقاط هیچ دسترسی به انرژی شبکه ندارد. این وضعیت5G را به سمت معرفی منابع تجدید پذیر انرژی، مانند انرژی خورشیدی، انرژی باد و سلول سوختی سوق میدهد. اکثر انرژی الکتریکی مورد نیاز برای اجرای ایستگاه های پایه سلولی حاصل سوزاندن دیزل است. با این حال، استفاده از دیزل در حجم زیاد و حفظ ذخایر جریان آن برای استفاده مداوم و برای یک دوره زمانی بدون محدودیت، بسیار چالش برانگیز است. علاوه بر این، این واقعیت که ذخایر سوخت ما با سرعت بسیار زیاد در حال کاهش است، این وضعیت را بدتر میکند. در دسترس پذیری و امکان ترکیب منابع انرژی تجدید پذیر در سایت های ایستگاه های پایه سلولی برای استقرار سیستم ترکیبی در آینده ضروری می باشد. بنابراین محققان به دنبال پیشنهادات جدید برای شبکه های 5G سبز جهت پیاده سازی در سراسر جهان هستند.

خورشید 1.2 × 1014 کیلو وات انرژی بر روی زمین فراهم میکند، که حدود 10000 برابر بیشتر از مصرف انرژی در حال حاضر است. انرژی که زمین در مدت یک ساعت از خورشید دریافت میکند برابر با مقدار کل انرژی مصرفی انسان در یک سال است. مزایای بسیار و معایب جزئی در نصب ایستگاه های پایه سلولی بر اساس انرژی خورشیدی وجود دارد. اما فن آوری های انرژی خورشیدی هنوز هم یک جایگزین پر هزینه در استفاده از سوخت های فسیلی به راحتی در دسترس باقی مانده است.
در جولای 2004، ژاپنی های پیشرو در اپراتور تلفن همراه NTT DoCoMo در ابتدا شروع به اجرای آزمایشی 32.5 متر سرویس FOMA ، ایستگاه پایه 3G به نامDoCoMo Eco Tower کردند [11]. با در نظر گرفتن محیط زیست جهانی، برجeco از قدرت تجاری استفاده نمی کند و به طور کامل خود نیرو بوده و از انرژی خورشیدی و باد در یک زمان استفاده میکند، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. پانل های خورشیدی در پایین ایستگاه سلولی قرار گرفته و مانند برگهای درخت طراحی شده اند، در حالی که پره های برج آسیاب بادی همانند گلبرگ های گل طراحی شده اند. با ترکیب مدل انرژی خورشیدی و توربین بادی، حداکثر توان انرژی تولید شده NTT DoCoMo از انرژی خورشیدی 8.5 کیلووات ساعت و 6.0 کیلووات ساعت از انرژی باد است. در سال 2012، NTT DoCoMo طرح نصب ایستگاه های پایه سازگار با محیط زیست قوی تر را در سراسر کشور شروع کرد که اپراتورهای دیگر در سراسر جهان را ترغیب به ارتباطات سبز نمود. هدف اصلی سبزنمودن فناوری اطلاعات برای کاهش 50٪ انتشار CO2 در مراکز داده در سال2020 است. در همین حال، China Mobile دارای یکی از بزرگترین استقرارهای جهان از فن آوری های سبز برای تامین انرژی ایستگاه های پایه خود می باشد.China Mobile دارای 2135 ایستگاه پایه در سال 2008 بوده است. از این تعداد 1615 ایستگاه توسط جایگزینهای انرژی خورشیدی ، 515 ایستکاه با انرژی خورشیدی و باد و 5 ایستگاه توسط دیگر منابع جایگزین تامین شده اند. با توجه به یک مطالعه راه حل های بدون کربن ارتباطات از راه دور، برای کشور چین حدود 48.5 میلیون تن انتشار مستقیم دی اکسید کربن در سال 2008 و 58.2 میلیون تن در سال 2009 اندوخته و حدود 615 تن تولید کربن در سال 2020 پیش بینی شده است [12].

به طور معمول، نصب یک سیستم ذخیره انرژی خورشیدی تجدید پذیر به یک منطقه بزرگ برای بهره وری سیستم در فراهم کردن یک منبع الکتریکی نیاز دارد. این ممکن است یک نقطه ضعف در مناطقی که فضای آن محدود و گران است باشد. مکان پانل های خورشیدی نیز می تواند با توجه به موانعی همچون ساختمان های اطراف و یا مناظر، عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهد. آلودگی نیز یک مسئله مهم است زیرا می تواند بهره وری سلول های فتوولتائیک را کاهش دهد. ابرها نیز همان اثر را ایجاد می کنند، همانگونه که می توانند انرژی اشعه های خورشید را کاهش دهند. پارامترهای دیگری وجود دارد که تولید انرژی خورشیدی را تحت تاثیر قرار میدهند، مانند عرض جغرافیایی، فصل، زاویه شیب پانل های PV ، و دما [13]. انرژی خورشیدی تنها زمانی مفید است که خورشید در حال تابش باشد. هرچند استفاده از شارژرهای خورشیدی می تواند این مشکل را حل کند. در فصل زمستان توربین های بادی پشتیبان به طور مداوم با استفاده از سرعت باد کافی در شب و روز انرژی تولید می کنند.

استفاده از کامپوزیت های کربن – نیتروژن /گرافن به عنوان یک ماده الکتروکاتالیست عاری از فلز به منظور تسریع واکنش احیای اکسیژن

Carbon-nitrogen/graphene composite as metal-free electrocatalyst for the oxygen reduction reaction

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1925

شکل 1 : (a) تصاویر پودرهای کامپوزیت های PPy/GO و PPy/r G O و محلول های آن ها در این شکل نشان داده شده است . PPy/GO بعد از 30 دقیقه اعمال التراسونیک (فراصوت) به خوبی پراکنده نشده است در حالی که PPy/r G O می تواند پراکندگی یکنواختی بعد از چند دقیقه اعمال التراسونیک در محلول داشته باشد . تصاویر TEM مربوط به (b) r G O ، (c) PPy/r G O و (d) CNx/G-800 می باشند . ( e ) تصویر HRTEM مربوط به CNx/G-800 و درون آن یک تصویر بزرگنمایی شده دیده می شود . (f) طیف EDS و عناصر موجود در کامپوزیت CNx/G-800.

شکل 2 : تصاویر SEM مربوط به (a) r G O و (b) CNx/G-800 . قسمت بزرگنمایی شده در b یک بزرگنمایی موضعی است .
گروه های عامل بر روی سطح r G O ، PPy/r G O و CNx / گرافن به وسیله ی FTIR آنالیز شدند . (شکل 3a) . طیف (r G O) در 1060cm-1 مربوط به C-O بوده و در 1714cm-1 مربوط C=O می باشد.حلقه پیرول در 1456 و 1560 cm-1 به همراه =C-H در تغییر فرم صفحه ای در طیف FTIR مربوط به کامپوزیت (PPy/rGO) مشخص شد . بعداز آنیل کردن در دمای 800 و600 درجه سانتی گراد پیک های مشخصه ی (PPy) کوتاه می شوند .در حالی که بعضی از پیک های مربوط C-N و C=N بین 1700-1100 cm-1 دراز می شوند .شکل (3 b) طیف رامان (PPy/rGO) و کامپوزیت های کربونیتریدی مربوط را نشان می دهد. تمام نمونه ها طیفی با دو پیک به مرکزیت 1353cm-1 (نوارD) و 1594cm-1 (نوار G) دارند.(نوارG) یکی از دو روش E2g مربوط به لرزش کششی صفحات بنیادین دوماین های (SP2) در تک کریستال های گرافیت و گرافی را نشان می دهد.(نوارD) معمولا مربوط به بی نظمی و ناکاملی در بلورهای کربن می باشد . نسبت شدت پیک های باند D به باند G در طیف رامان تقریبا مربوط به میزان بی نظمی در کربن گرافیتی می باشد .نسبت (ID/IG) برای CNx/گرافن بالاتر از این نسبت برای (rGO) است که نشان می دهد CNx/گرافن اعوجاج درونی بیش تری دارد.

تشکیل شیمیایی نیتروژن قبل و بعد از تکلیس به وسیله ی XPS آنالیز شده و در شکل 4 می توان آن را مشاهده نمود. از بررسی های XPS در شکل 4a می توان دریافت که طیف r G O سیگنال مشخصه ی N را همان گونه که انتظار می رود ، ندارد . شدت های نسبی پیک های N1 و O1 برای PPy/r G O ، CNx-G600 و CNx-G800 مرتب کاهش می یابند به دلیل این که دمای آنیل بالاتری دارند . طیف N1 برای PPy/r G O ، CNx-G600 و CNx-G800 را می توان به عنوان پیک های منحصر به فردی که مربوط به اجزای پیرولیکی N با انرژی پیوند (Eb) 399.8 e V ، پیرینیدی N با انرژی پیوند 398.3e V و گرافیتی N با انرژی پیوند 400-401.1 e V می باشند ، در نظر گرفت . به علاوه طیف های N1 مربوط به نمونه های کربونیزه شده (شکل 4 c و d) شامل دو پیک دیگر با Eb های 403.2 و 405 e V نیز می باشند که این پیک ها مربوط به N-oxide ها و N2 های اضافی می شوند . تمام مقدار N به دست آمده از XPS و همچنین نیتروژن پیرولی ، پیرینیدی و گرافیتی به دست آمده از شدت های نسبی پیک ها همان طور که در شکل 4e دیده می شود ، به دمای آنیل بستگی دارند . برای کامپوزیت PPy/r G O آماده سازی شده در دمای اتاق تقریبا 90 درصد نیتروژن به صورت نیتروژن پیرولی حضور دارد و مقدار کل نیتروژن حدود 14 درصد اتمی می باشد . با افزایش دمای آنیل مقدار کلی N و مقدار N پیرولی کاهش یافته در حالی که N گرافیتی افزایش می یابد . N پیرینیدی در دمای 600 درجه سانتی گراد به بیشترین مقدار خود می رسد . مقدار کلی N برای CNx/G-600 و CNx/G-800 به ترتیب 12.5at% و 9.8at% می باشد .

فعالیت های الکتروکاتالیستی کامپوزیت های CNx/گرافن با استفاده از ولتاژسنجی RDE و RRDE (شکل 5) تعیین شدند . در RDE (شکل 5 a) پتانسیل آغاز احیای اکسیژن برای کامپوزیت های CNx/ گرافن در حدود -1.9 V می باشد که بسیار بزرگ تر از کامپوزیت PPy/r G O ( درحدود -0.3V ) می باشد . همچنین در هر پتانسیل اعمالی ، جریان ORR برای کامپوزیت CNx / گرافن به طور مشهودی بزرگتر از کامپوزیت PPy/r G O می باشد . نتایج نشان می دهند که نیتروژن پیرینیدی و گرافیتی به جای نیتروژن پیرولی به مقدار زیادی به فعالیت الکتروکاتالیستی ORR کمک کی کنند . فعالیت مواد کربن-نیتروژنی عاری از فلز به طور همزمان با مقدار نیتروژن ، حالت شیمیایی نیتروژن و رسانایی الکتریکی تعیین می شود . اگرچه کاتالیزور CNx/G-600 مقدار کل نیتروژن و مقدار نیتروژن پیرینیدی بیشتری نسبت به CNx/G-800 دارد ، و بر اساس اندازه گیری های امپدانس الکتروشیمیایی (شکل S2) دومی مقاومت الکتریکی کمتر و درنتیجه رسانایی بیشتری نسبت به اولی دارد . بنابراین CNx/G-800 و CNx/G-600 فعالیت مشابهی دارند . تعداد الکترون های منتقل شده (n) نسبت به مولکول اکسیژن در ORR با استفاده ازاندازه گیری RRDE (شکل 5b) محاسبه شد و به صورت n = 4Idisk/(Idisk+Iring/N) فرمولیزه شد که در آن Idisk و Iring جریان القایی دیسک و جریان القایی حلقه می باشند و N=0.26 بازده تجمعی است . در این جا n در پتانسیل پلاریزه ی -0.5V محاسبه شده که مقدار آن برای CNx/G-600 ، 3.03 و برای CNx/G-800 برابر 3.07 می باشد و این مقدار در این جا بیشتر از آن برای کامپوزیت CNx/گرافن که به وسیله ی پلیمریزاسیون ملامین ساخته شده است (n = 2.5-2.7) . این مسئله شاید به دلیل گرافیته شدن خوبی است که به خاطر دمای بالای کلسینه به وجود آمده است .

شکل 5 : ولتاژسنجی های اندازه گیری شده در محلول 1/0 مولارKOH اشباع از اکسیژن به عنوان الکترولیت با سرعت گردش 2000 دوربردقیقه و نرخ روبش 10 m V . s-1برای (a) RED و (b) RRED . در آزمون های RRDE الکترود حلقه ای Pt در 0.5V پلاریزه شده است .
مزیت خوب دیگر کاتالیزورهای عاری از فلز برای ORR مصونیت آن در برابر همگذری متانول و مسمومیت ناشی از CO می باشد . واکنش های کرونوآمپرمتری متانول یا CO که به الکترولیت اشباع از اکسیژن اضافه شده اند برای کاتالیزورهای PPy/r G O ، CNx-G600 و CNx-G800 انجام شده و درشکل 6 نتایج آن را می بینید . بعد از اضافه کردن 1/0 میلی لیتر متانول به مدت 400 ثانیه ، جریان احیایی اکسیژن برای تمامی کاتالیزورها تغییر مشهودی نشان نداد . زمانی که 50vol% CO تزریق شد در ثانیه ی 400 کاهش کمی در جریان مشاهده شد که ممکن است به خاطر کاهش فشار جزئی O2 ایجاد شده باشد (قانون هنری) . نتایج نشان می دهند که کامپوزیت CNx /گرافن پایداری و مقاومت بالایی در برابر همگذری متال و مسمومیت ناشی از CO دارد .

شکل 6 : منحنی های i-t مربوط به واکنش کروآمپرمتری نمونه های PPy/r G O ، CNx/G-600 ، CNx/G-800 . (a) آزمون همگذری متانول بعد از اضافه کردن 1/0 میلی لیتر متانول به الکترولیت در ثانیه 400 . (b) آزمون مسمومیت CO با اضافه کردن CO با نرخ جریان مشابه O2 به الکترولیت در ثانیه 400 .
خلاصه و نتیجه گیری : به طور خلاصه ، r G O با عملیات هیدروترمال آماده سازی شد و به جای GO به عنوان یک زیرلایه به منظور جمع کردن PPy استفاده شد . درکامپوزیت PPy/GO خشک شده تجمع و کلوخه شدن اتفاق می افتد ولی کامپوزیت PPy/r G O پودر نرم تری بوده که به راحتی در محلول واسطه ی آبی پراکنده می شود . بعد از تکلیس ساده در دمای 600 و 800 درجه ی سانتی گراد CNx / گرافن های ورقه ای شکل با مقدار نیتروژن 9.8at%-12.5at% به دست آمدند . کامپوزیت CNx/گرافن به دست آمده یک فعالیت کاتالیزوری ذاتی در ORR دارد و پایداری بالایی داشته و در برابر همگذری متانول و مسمومیت CO مقاوم است . کامپوزیت CNx /گرافن که به این روش به دست آمده یک الکتروکاتالیست عاری از فلز جدید برای واکنش ORR می باشد .
متمم ترجمه : ( در مورد برخی از اطلاحات موجود در مقاله در این بخش توضیحاتی داده شده است . )
گرافن
یکی از آلوتروپ های کربن است و ساختار آن بدین صورت است که زمانی که یک اتم کربن با سه اتم کربن دیگر پیوند برقرار کرد ورقه های دو بعدی گرافن را تشکیل خواهد داد . تصاویر زیر شمایی از ساختار گرافن را نشان می دهند .
الکتروکاتالیست
کاتالیزوری است که در واکنش های الکتروشیمیایی از آن استفاده می شود . این مواد سرعت واکنش های الکتروشیمیایی را افزایش داده و یا تعدیل می کنند . الکتروکاتالیست ها در انتقال الکترون ها از سطح الکترود به واکنش گرها کمک می کنند و همچنین نیمه واکنش ها را تسهیل می کند .

جاذب های نیکلی با پشتیبانی الک مولکولی متخلخل برای سولفورزدایی با جذب سطحی در سوخت دیزل تجاری دارای سولفور فوق العاده پایین

Mesoporous-molecular-sieve-supported nickel sorbents for adsorptive desulfurization of commercial ultra-low-sulfur diesel fuel

Abstract

A high-performance nickel-based sorbent was developed by loading nickel on a mesoporous molecular sieve, MCM-48, for adsorptive desulfurization (ADS) of commercial ultra low sulfur diesel (ULSD) for fuel cell applications. The prepared sorbents were characterized by the N2 adsorption–desorption, X-ray diffraction (XRD), H2 chemisorption, and transmission electron microscope (TEM), and the ADS performance was evaluated in a fixed-bed flow sorption system at 220 °C using a commercial ULSD with a sulfur content of 14.5 ppmw. Effects of the ultrasonic aid in incipient wetness impregnation (IWI), nickel loading amount and support materials on the sorbent performance were examined. It was found that the incipient wetness impregnation with the ultrasonic aid improved significantly the ADS performance of the sorbent by increasing the dispersion of nickel on the surface. Using MCM-48 as a support with 20 wt% nickel loading (Ni20/MCM-48) can lead to an excellent nickel-based sorbent with a breakthrough capacity of 2.1 mg-S/g-sorb for ADS of the ULSD at a breakthrough sulfur level of 1 ppmw. The alkyl dibenzothiophenes are likely adsorbed on the sorbent surface directly through an interaction between the sulfur atom and the exposed nickel atoms, and a part (∼6%) of the adsorbed alkyl dibenzothiophenes react further with the surface nickel to release the corresponding hydrocarbons. The desulfurization reactivity of the alkyl dibenzothiophenes is dependent on not only the number, but also the size of the alkyl substituents at the 4- and 6-positions of alkyl dibenzothiophenes. Graphical abstract

1 Introduction

Ultra-deep desulfurization of transportation fuels, such as diesel, gasoline, and jet fuel, has attracted a great deal of attention because of not only the stringent fuel specifications for the transportation fuels, but also the severe requirement of liquid hydrocarbon fuels with sulfur content less than 1 ppmw for fuel cell applications [1–6]. The current commercial ultra-low sulfur diesel (ULSD) with sulfur content less than 15 ppmw is a preferred fuel for the on-site and on-board fuel cell applications due to its high energy density, availability, safety and ease for production, delivery and storage by using the existing infrastructures. However, even in ULSD, in which the sulfur content is usually more than 10 ppmw, the sulfur content is still too high to be directly fed to the fuel processor to produce hydrogen for fuel cell applications [4,7,8] especially for the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) [5], as the sulfur compounds and H2S produced from them in the fuel processor poison the reforming and water–gas-shift catalysts as well as the fuel cell stacks.

Currently, the sulfur removal from various liquid hydrocarbon streams is conducted by the catalytic hydrodesulfurization (HDS) process at 300–400 ◦C and 3–6 MPa hydrogen pressure with high hydrogen consumption in refineries. According to our previous study [2,9], if reducing the sulfur content in the current commercial ULSD from 15 ppmw to less than 1 ppmw by using the current hydrotreating technology, the catalyst bed volume or the catalyst activity must be about 68% higher than that currently used in refineries, as the remaining sulfur compounds in the commercial ULSD are the most refractory sulfur compounds. As is well known, the increase in both volume of the high-temperature and highpressure reactor and the catalyst amount is very costly. Working at high temperature and high pressure also limits the usage of the HDS process in the on-site and on board desulfurization due to the complication and safety of the process. Therefore, it is desired to develop a novel technology for ultra-deep desulfurization of ULSD for fuel cell applications.

Many new approaches for ultra-deep desulfurization of liquid hydrocarbon fuels have been reported in the literature [1–3]. Among them the adsorptive adsorption on the nickel-based sorbents is promising and has attracted a great deal of attention due to the high capacity and selectivity without using hydrogen gas [10–19]. The nickel-based sorbent, such as Raney–Nickel, has been used for desulfurization in organic synthesis for a long time [10,20,21].Ma et al. reported that the nickel-based sorbent was very efficient in selective removal of some sulfur compounds, such as thiophene, benzothiophene and their alkyl substituted derivatives, from gasoline [11,13]. Velu et al. studied the desulfurization of the light JP-8 with 380 ppmw of sulfur at 220 ◦C on a Ni/SiO2–Al2O3 sorbent with Ni loading of 55 wt% [12], and got a breakthrough capacity of 13.5 mg-S/g-sorbent at a breakthrough sulfur level of 30 ppmw. Kim et al. found that the lower sorption selectivity of the Ni/SiO2–AlO2 sorbent for 4,6-DMDBT than DBT, and pointed out that the alkyl groups at 4- and/or 6-positions have strong steric hindrance toward the sorption [14]. A study reported later by Hernández et al. [18] in desulfurization of a model fuel over a Ni/SiO2–Al2O3 sorbent also supports the finding by Kim et al. [14]. In order to improve the sorption performance of the nickelbased sorbents, Ko et al. and later Park et al. reported using the SBA-15-supported nickel sorbent with different nickel loadings for desulfurization of a commercial diesel fuel with 240 ppmw of sulfur [15,16]. They found that the SBA-15-supported nickel sorbent with 30 wt% of Ni loading gave the best breakthrough capacity of 1.7 mg-S/g-sorbent at a breakthrough sulfur level of 10 ppmw. However, when using the same SBA-15-supported nickel sorbent for desulfurization of a commercial ULSD with 11.7 ppmw of sulfur, they found that the breakthrough capacity was only 0.47 mg-S/gsorbent. Thus, the capacity of the nickel based sorbent needs to be improved for the practical application in the on-board and on-site desulfurization of ULSD for fuel cell systems.

The objective of the present study is to improve the ADS performance of the nickel-based sorbents for ULSD by increasing the dispersion of nickel in the nickel-based sorbent, and get better insight into the ADS mechanism of the refractory sulfur compounds on the sorbent. Different mesoporous molecular sieves (SBA-15 and MCM-48) and ultrasonic aid technique were used to increase the nickel dispersion. The ADS performance of the prepared sorbents was evaluated in a fixed-bed flow sorption system at 220 ◦C using a commercial ULSD with sulfur content of 14.5 ppmw. Effects of the ultrasonic aid in the incipient wetness impregnation (IWI), nickel loading amount and support materials on the ADS performance of the sorbents were examined. The prepared sorbents were characterized by the N2 adsorption–desorption at −196 ◦C, X-ray diffraction (XRD), H2 chemisorption, and transmission electron microscope (TEM), and the results were correlated with their ADS performance. The ADS selectivity and mechanism for the sulfur compounds on the nickel-based sorbent were also discussed on the basis of the detailed analysis of the sulfur compounds and the formed hydrocarbons in the treated fuels.

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1864

شکل 3، خواص تخلیه SCFCs (شکل 1a) را با استفاده از الکترولیت های LSGM ، SDC ، و YSZ در ترکیب سیال متان و هوا در 7008C نشان می دهد. این سلول ها با استفاده از الکترولیت های LSGM و YSZ، نیروهای الکتریکی (نیروی محرکه الکتریکی) 920 ولت را تولید نمودند که در آن پتانسیل الکترود نیکل (SDC) به ازای الکترود Sm0.5Sr0.5CoO3 منفی بود.
این مقدار نیروی محرکه الکتریکی تقریبا در توافق با اختلاف پتانسیل بین دو الکترود نشان داده شده در شکل 2 بود. با این حال، نیروی محرکه الکتریکی سلول با استفاده از الکترولیت SDC ، احتمالا به علت کاهش Ce41 به Ce31 توسط هیدروژن و مونوکسید کربن تشکیل شده توسط واکنش های 2 و 3، بیش از 733 میلی ولت نبود. اگر چه جریان می توانست به طور قابل توجهی از سه سلول کشیده شود، افت ولتاژ در طول تخلیه سلول با استفاده از الکترولیت LSGM، حداقل بود. طیف امپدانس آنها در محدوده 0.1 هرتز تا 100 کیلو هرتز در شرایط مدار باز بیشتر این مسئله را روشن می ساخت. مقاومت اهمی سلول ها با استفاده از الکترولیت هایLSGM ، SDC ، و YSZ 1.56 ، 1.72 و 2.90 V ، بود و مقاومت الکترود-واکنش برای الکترولیت هایLSGM ، SDC ، و YSZ 0.26 ، 0.53 و 1.22 V بود. چگالی توان پیک حاصل برای سلول با استفاده از الکترولیت LSGM تا 355 میلی وات cm22 رسید که با اوج چگالی توان 385 میلی وات cm22 برای SOFC هیدروژن هوای معمولی، سرمت نیکل Ce0.9Gd0.1O1.95 | LSGM با ضخامت 0.2 میلی متر | La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 ، در 7008C گزارش شده توسط Huijsmans و همکاران قابل مقایسه بود. بر این اساس ، ما به این نتیجه رسیدیم که الکترولیت LSGM برایSCFC، مناسب است.
شکل 4، خواص تخلیه SCFC (شکل 1a) در ترکیب سیال متان و هوا بین 550 و 900 درجه را نشان می دهد . دو وابستگی غیر منتظره به درجه حرارت عملیاتی وجود دارد؛ افت ناگهانی از نیروی محرکه الکتریکی به 228 میلی ولت در 550 درجه و کاهش قابل توجهی در چگالی توان اوج در 900 درجه . به منظور درک این رفتار ،ترکیب گاز خروجی از نیکل ( SDC ) و یا محفظه کاری Sm0.5Sr0.5CoO3 در سلول دو محفظه ای (شکل B1) در ولتاژ مدار باز بین 550 و 9508C اندازه گیری شد. نتایج در شکل 5 خلاصه شده است. در محدوده 600 تا 800 درجه، مقدار نسبتا زیادی از هیدروژن و مونوکسید کربن در الکترود نیکل ( SDC ) (شکل 5A ) تولید شد ، در حالی که مقدار زیادی اکسیژن در الکترود Sm0.5Sr0.5CoO3 (شکل. 5B) واکنش نداده باقی ماند؛ بنابراین،نیروی محرکه الکتریکی و در نتیجه چگالی توان همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، رفتار می کنند. با این حال در درجه حرارت عملیاتی 550 درجه، الکترود نیکل (SDC) به طور ناگهانی نسبت به واکنش 1-3 (شکل 5A ) بی اثر می شود که نشان می دهد که این الکترود دیگر به عنوان آند عمل نمی کند. این ناشی از واکنش پذیری بسیار کم متان است، به خصوص در دماهای پایین. بنابراین برای بهره برداری از SCFC زیر 550 درجه، استفاده از هیدروکربن واکنش پذیر تر و یا الکل به جای متان به عنوان سوخت ضروری است. از سوی دیگر، در دماهای کاری بالای 900 درجه، الکترود Sm0.5Sr0.5CoO3 به تدریج نسبت به این واکنش (شکل 5B ) فعال می شود که در نتیجه باعث افت واکنش 6 می شود. در مقاله قبلی،SCFC با استفاده از کاتد LSM عملکرد خوبی را حتی در 950 به نمایش گذاشت. به خوبی مشخص شده است که فعالیت کاتالیستی اکسیدهای perovskite بر اساس منگنز برای اکسیداسیون هیدروکربن ها، پایین تر از اکسیدهای perovskite بر اساس Co است، 24 که در نتیجه امکان ساخت الکترود LSM به عنوان کاتد در چنین درجه حرارت عملیاتی میسر می سازد.
عملکرد سلول در ترکیبات جاری از سایر سوخت ها و هوا – خواص تخلیه از SCFC (شکل 1a) در ترکیبات جاری از سایر سوخت و هوا در 5508C مورد بررسی قرار گرفت . شکل 6 نتایج با استفاده از اتان، پروپان، LPG ، و اتانول به عنوان سوخت را نشان می دهد . نیروی محرکه الکتریکی از سلول به طور قابل توجهی به 1000 میلی ولت برای اتان 972 میلی ولت برای پروپان، 931 میلی ولت برای LPG ، و 710 میلی ولت برای اتانول، و در نتیجه چگالی اوج توان 163 میلی وات cm22 برای اتان، 125 میلی وات cm22 برای پروپان، 94 مگاوات رسید cm22 برای LPG ، و 42 میلی وات cm22 برای اتانول افزایش یافته است. طیف امپدانس سلول ها با استفاده از اتان و پروپان نشان دهنده مقاومت های واکنش-الکترود نسبتا کمی به اندازه 0.91 و 1.10 V بود. این نشان می دهد که عملکرد سلول می تواند بیشتر با استفاده از یک فیلم LSGM حتی نازک تر بهبود یابد.
مدارک و شواهد برای این پیشنهاد توسط خواص تخلیه از SCFC (شکل 1a) با استفاده از الکترولیت LSGM با ضخامت های مختلف در ترکیب سیال اتان و هوا در 550 درجه در شکل 7 ارائه شده است.. نیروی محرکه الکتریکی سلول های باقی مانده در مقادیر تقریبا ثابت ، 1010 میلی ولت برای هر ضخامت الکترولیت تست شده است، اما افت ولتاژ در طول تخلیه سلول به شدت وابسته به ضخامت الکترولیت بود. در نتیجه، اوج چگالی توان 163-270 میلی وات cm22 با کاهش ضخامت الکترولیت 0.50-0.18 میلی متر افزایش یافت.
شکل 8 خواص تخلیه همان SCFC را همانند شکل 7 در یک ترکیب روان از اتان و هوا بین 350 و 700درجه نشان می دهد. همه این سلول ها حداکثر چگالی اوج توان را در 600 نشان دادند، که پایین تر از مقدار مشاهده شده با استفاده از متان توسط 200 درجه بود. این مورد بعداً با جزئیات مورد بحث قرار می گیر. مهمتر از این، افزایش چگالی اوج توان با کاهش ضخامت الکترولیت حتی در دمای پایین به اندازه 450 درجه بود که نشان می دهد که SCFC کنونی ممکن است به عنوان یک ژنراتور برق عملی و کارآمد در چنین شرایطی استفاده شود، به شرطی که چند فیلم LSGM با ضخامت میکرومتر بتوانند به شیوه ای مشابه با YSZ1، 3 و فیلم های ceria2 ساخته شون. به عنوان مثال، اوج چگالی توان حدود 300 میلی وات cm22 را می توان با استفاده از الکترولیت به ضخامت 10 میلی متر به دست آورد، با فرض اینکه که نیروی محرکه الکتریکی در 955 میلی ولت حفظ شود.
ترکیب گازهای خروجی از محفظه های کاری نیکل (SDC) و Sm0.5Sr0.5CoO3 (شکل B1) در شکل 9خلاصه شده است. فعالیت کاتالیزوری الکترود Sm0.5Sr0.5CoO3 به طور ناگهانی در بالای 700 درجه افزایش یافت، که در آن اکسیژن تقریبا به طور کامل توسط واکنش با اتان مصرف شد. بنابراین، کاهش نیروی محرکه الکتریکی و افزایش در پتانسیل بیش از حد کاتدیک به طور همزمان در چنین شرایطی رخ می دهند که در نتیجه کاهش قابل توجهی در دانسیته توان نشان داده شده در شکل 8 حاصل می شود. از سوی دیگر، فعالیت کاتالیزوری الکترود نیکل (SDC) به تدریج با کاهش درجه حرارت، کمتر شد. از رفتار سلول با استفاده از متان به عنوان سوخت نشان داده شده در شکل 4، می توان پیش بینی کرد که یک سلول با استفاده از اتان به عنوان سوخت زیر 350 درجه قادر به تولید یک نیروی محرکه الکتریکی بزرگ خواهد بود. با این حال، همچنین می توان انتظار داشت که پروپان و LPG به دلیل واکنش پذیری بالاتر نسبت به اتان و متان، سوخت های ارجح در چنین شرایطی خواهند بود.