乔金硕，陈海涛，王振华，孙旺，李海军，孙克宁

(1.北京理工大学 化学与化工学院,化学电源与绿色催化北京市重点实验室，北京 100084； 2.珠海银隆新能源有限公司，广东，珠海 519000)

提 要：研究活性炭和碳化的梧桐叶、橘子皮为直接碳燃料电池燃料时的物化性能和电化学性能.通过X射线衍射研究燃料中碳的形态结构，采用能谱及拉曼研究燃料中元素质量分数.BET测试燃料的比表面积及孔结构.结果表明，碳化的橘子皮燃料中含有钾元素和较高的无定形碳质量分数，有利于碳的Boudouard反应和电化学反应.碳化橘子皮燃料比表面积为74 m2·g-1，且具有较小的孔隙率和较大的堆积密度，与阳极的接触界面较大，作为燃料时，800 ℃燃料电池最大功率密度可达572.6 mW·cm-2.即非木质、水质量分数大的橘子皮经过高温碳化后得到的生物质碳，作为直接碳燃料燃料电池燃料时，具有优异的性能.

直接碳燃料电池(direct carbon fuel cells，DCFC)可以将固体碳中的化学能直接转化为电能，无需经过重整和热循环过程[1-3]，具有较好的转化效率，效率理论上为100%，实际效率高达80%，是传统燃煤电厂发电效率(<40%)的两倍以上.DCFC工作原理与固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell，MCFC)相似，在高温(600～800 ℃)下运行，区别在于DCFC以固体碳燃料，而非气态燃料[2].固体碳燃料来源广泛，可分为化石燃料及其衍生品和生物质碳.目前已有多种类型的碳燃料如石墨、炭黑、PMDF、生物质碳、煤和焦炭等在不同结构的DCFC中被用作燃料进行了性能研究[4-10].石墨本身具有高导电性，是理想的MCFC燃料，但其拥有比较稳定的晶体结构，碳碳键在断裂时需要更多的活化能，因此不适用于固体氧化物DCFC[11].活性炭因具有较高的碳质量分数，丰富的孔隙结构和一定的电导率，被广泛用作DCFC燃料.ZHU等[9]以不同的商业活性炭作燃料，研究了燃料特性对DCFC性能的影响.焦炭是煤炭热解或炭化、石油炼制的固体产物，具有含碳量高、电导率较高、反应活性高等特点，可用于DCFC燃料[12]. CHEREPY等[1]用针状石油焦作为DCFC燃料，但电池的峰值功率相对较低，仅为36 mW·cm-2.CHEN等[12]利用生焦得到相对较高的峰值功率密度，达到了141 mW·cm-2.

生物质是一种含有机和无机成分的生物化合物，分为木质生物质和非木质生物质.木质生物质是指树木及其残留物，这种材料水分低、灰分低、热值高、堆积密度大、空隙率低.非木质生物质由农作物残留物、动物粪便、城市和工业固体废物组成，一般具有高水分、高灰分、低热值、低堆积密度和高空隙率等特点[13-14].生物质碳是生物质……