基于催化活性梯级分布强化的燃料重整过程中"冷点"-"热点"耦合机理及传输特性

氢源技术已成为质子交换膜燃料电池(PEMFC)发展的技术瓶颈。然而其关键单元重整器是一个包含多个反应过程的多组分气体流动、传输耦合气固多相催化的复杂反应体系，重整器内所包含的强热效应过程的传输特性对氢源系统的性能有重要的影响。本项目以重整器中有强热效应的蒸汽重整耦合催化燃烧供热和自供热重整制氢过程为研究对象，制备梯级活性分布的催化涂层并对其上的重整制氢传输耦合催化动力学反应特性进行基础科学研究。内容包括：采用冷喷涂技术制备活性梯级分布的催化涂层并进行表征；建立基于梯级催化涂层的蒸汽重整耦合催化燃烧供热和自供热重整制氢反应本征动力学模型，并将其耦合到流动传输的控制方程中；研究上述两种制氢反应器内"冷点"和"热点"的形成机理及活性梯级分布催化涂层的强化效果；以提高重整器出口参数为目标优化冷喷涂制备梯级催化涂层的工艺参数，为新型梯级催化涂层的开发和氢源技术的发展提供实验和理论依据。

本项目主要以质子交换膜燃料电池微型氢源系统中有强放热和强吸热效应的燃料重整制氢反应过程为研究对象，开展了微型反应器反应通道内催化涂层的冷喷涂制备、催化剂的分布、反应器操作参数等对重整制氢性能的影响研究；不同重整制氢过程反应器通道中“冷点”和“热点”的形成和分布规律研究以及梯级分布催化剂上重整制氢催化动力学等方面的研究。此外本项目在研究过程中还发现，强吸热的蒸汽重整和强放热催化燃烧过程可以耦合温差模块在制氢的同时发电并对该耦合过程进行了相关分析；利用蒸汽重整可以回收低品位余热，对这一过程的传输特性也进行了研究。. 通过本项目的开展，完成了申请之初设定的研究内容和目标。课题组成员在学术研究、创新能力方面有所提升，申请人在课题组织、人员配备及研究方向的把握上也有大幅度提升；通过参与相关学术交流，也提高课题组成员和申请人自身的科研能力、学术交流能力、创新思维能力等。完成了项目设定的论文发表、专利申请等具体指标。