煤层气是山西的优势资源,研究开发高效洁净的煤层气利用技术,对山西的产业升级和可持续发展具有重要意义。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效洁净的发电装置。镍基陶瓷复合阳极由于其高电化学活性、高电子电导、稳定性好、价格低廉等优点,迄今仍是最常用的阳极材料。然而,当使用碳氢燃料时,阳极积碳导致电池性能迅速衰竭,是煤层气等碳氢燃料SOFC面临的一个严重挑战。经过我们实地考察,走访了山西的一些煤层气开采生产集团,发现目前在实际生产中,30%以下的煤层气不能被很好地利用,绝大部分都已经稀释排空处理,这样不仅造成了环境的污染,温室效应的增加,还极大地浪费了宝贵的资源。本论文针对这种现状,结合固体氧化物燃料电池的新技术,尝试探索出一条针对低浓度煤层气有效利用的新方法。我们通过研究发现,在以25%空气配比的煤层气为燃料时,SOFC电池表现出了很好的化学催化性能和电化学操作稳定性。其中,在850℃下,化学催化过程中CH4的转化率达到了99%以上;电化学稳定性操作方面,在850℃下,电池也能够连续运行168h保持性能基本稳定。同时,无论是化学催化过程还是电化学稳定性操作过程,都没有积碳产生。因此,我们相信,低浓度(≤30%)煤层气有可以直接作为固体氧化物燃料电池的燃料进行使用的价值,在这方面,我们还有很多的工作需要进一步探讨。