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液态锑(Sb)阳极直接碳燃料电池(DCFC)是一种新型发电技术，开展相关机理与反应特性研究对该技术发展具有重要意义。本文系统地研究了液态Sb阳极反应特性，Sb阳极浸润性和电解质表面形貌对电池性能的影响机制，碳燃料在Sb阳极中的反应机理，脱灰煤在Sb阳极中的反应和输运特性，在此基础之上构建了流化床管式液态Sb阳极DCFC原型样机。采用表面粗糙度为纳米级的光滑YSZ单晶电解质(Ra=0.69nm)，能够剥离电解质表面形貌的影响，获得液态Sb阳极的本征反应特性。在800oC下，Sb阳极的本征阳极阻抗为0.143cm2，本征交换电流密度为141.4mA/cm2。800oC下液态Sb和Sb2O3与YSZ单晶表面的接触角分别为45o、0o，Sb2O3的生成有利于提高液态Sb阳极与电解质表面的接触面积。采用Ra=540nm的粗糙电解质表面时，液态Sb阳极与YSZ单晶电解质的有效接触面积提高了38%，表面粗糙度的适度增大有利于提高液态Sb阳极的交换电流密度。在液态Sb阳极中碳还原Sb2O3反应的主要路径是3C+2Sb2O3=4Sb+3CO2，尾气中CO2的比例可达90%。由于CO在液态Sb中的输运速率慢，使得中间产物CO难以还原液态Sb阳极中的Sb2O3。在阳极-电解质界面处的碳燃料能够发生电化学反应，但是由于缺少良好的催化剂，使得碳燃料的电化学反应对电池性能的影响甚微。太西脱灰煤能使液态Sb阳极性能恢复至电池模式初始性能，脱灰煤中的杂质能够被液态Sb层隔离，避免在阳极-电解质界面积累。脱灰煤在液态Sb中的输运方式有扩散和自然对流两种，但是由于粘性力的影响，使得自然对流对脱灰煤在液态Sb中的输运作用并不显著。采用管式固体氧化物燃料电池，构建了流化床管式液态Sb阳极DCFC原型样机，实现了液态Sb阳极DCFC的连续给料和稳定运行，验证了流化床电极应用于液态Sb阳极DCFC中的可行性。流化床管式液态Sb阳极DCFC中碳燃料转化率可达90%，电池的实际效率可达41%。