《低温固体氧化物燃料电池合金基阳极材料的制备与电化学性能表征》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低温固体氧化物燃料电池合金基阳极材料的制备与电化学性能表征（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国科学技术大学硕士论文摘要摘要固体氧化物燃料电池( S O F C ) 是一种新型的发电装置，具有能量转换效率高、环境污染小、燃料的适应性强、造价相对较低等优点，因此得到了世界范围内的广泛关注和大力研究开发。它作为种新兴的能源技术，在未来数年内有可能实现实用化、产业化，满足世界快速增长的电力需求，改善能源结构，从而对全球环境产生积极的影响。传统的S O F C 在高温( 1 0 0 0o C 左右) 下运行带来了诸多材料和技术方面的问题，因此近年来研究主要集中在发展中、低温( 5 0 0o C 8 0 0o C ) 下工作的S O F C 。但降低电池的操作温度会大大增加电极( 阳极和阴极)
2、 的极化，并且当采用碳氢化合物为燃料时，阳极极化和积碳问题更是亟待解决。鉴于此，本论文以低温S O F C 阳极材料为研究对象，主要致力于开发合金基阳极材料，以实现高性能、无碳沉积( 以碳氢化合物为燃料) 的低温S O F C 。第一章概述了S O F C 的工作原理、发展趋势及关键材料，特别分析了阳极材料体系中的热点研究问题，提出了本论文研究的目标和主要内容。关键材料的制备和电池制作方法是S O F C 技术的基础，对电极、电解质以及电池进行精确和有效的评价可以帮助我们选择合适的材料和综合评估S O F C的性能，因此第二章就本论文选择的制备和评价方法进行详细的介绍。制备粉体方法是甘氨酸一硝
3、酸盐法，电池制作方法为共压一共烧一丝网印刷工艺，表征方法有交流阻抗谱技术、X 射线衍射( X R D ) 技术及扫描电子显微镜( S E M ) 等。针对低温操作时S O F C 阳极极化增大的问题，在论文第三章中首次尝试采用F e 。C o o5 一。N i o5 一S D C ( C e o8 S m o2 0 l9 ) 作低温S O F C 的阳极。实验利用甘氨酸一硝酸盐法制备了F e 、C o o5 x N 沁O 。( x = 0 1 ，0 2 ，0 2 5 ，0 3 ，O 4 ) 粉体，采用共压一共烧一丝网印刷工艺制作了以G D C ( C e o9 G d oi O 】9 5 )
4、为电解质，S S C( S m o5 S r o3 ) 为阴极的单电池，并测试了单电池在。到osCoOS D C4 5 0C6 0 0C下以氢气为燃料时的阻抗和V I 曲线。测试结果表明F e o2 5 C o o 2 s N i o5 一S D C ，即F e 、C o 、N i 比例为1 ：1 ：2 时，阳极性能最佳，F e o2 5 C o o 2 5 N i o 5 - S D C 支撑的电池在6 0 0 。C 下最大输出功率达7 5 0m Wc m ；且当F e 、C o 、N i 组分比例越接近1 ：1 ：2 时，阳极性能越好。通过与N i S D C 阳极的比较发现F e o2
5、5 C o o2 5 N i o5 一S D C 有更好的阳极性能，6 0 0o C 下F e o2 5 C o o2 5 N 沁一S D C 比N i S D C 支撑电池的中国科学技术大学硕士论文摘要最大输出功率大2 l Om Wc m ：其极化电阻的表观活化能分别为1 6 3 4K Jt o o l o和1 4 9 3K Jm o l 。因此F e o2 5 C o o2 5 N i o5 S D C 作为低温S O F C 的阳极很有前景。以生物质气为S O F C 燃料发电，能够提高能源转换效率，降低污染物排放量，但采用生物质气为燃料时，阳极的极化和积碳问题就显得尤为突出。论文第四章
6、创新性的针对在热力学上处在积碳区域但积碳不严重的生物质气组分，用部分C u 替代N i 形成N i C u 合金基阳极N i l x C u 。一S D C ( X = 0 0 5 ，0 2 ，0 3 ) ，减少N i 基阳极对碳裂解反应的催化活性，使以这类组分的生物质气为燃料时，阳极不积碳，并在低温下工作时有高的输出功率。生物质气的组成为：C O ( 2 3 5 ) ，C 0 2 ( 1 4 3 ) ，H 2 ( 15 7 ) ，C H 4 ( 6 2 ) ，N 2( 4 0 3 ) 。N i l 。C u 。合金的制备采用在位还原甘氨酸一硝酸盐法制备的N i l -。C u 。O ，电池制
7、备采用共压一共烧一丝网印刷工艺。电化学测试结果表明C u 的加入对传统N i 基阳极稳定性的改善非常显著，如N i S D C 支撑的单电池性能衰减很快，仅运行2 0 分钟后输出功率就降到初始值( 2 0 0m Wc m 之) 的5 0 ，而以N i o8 C u o2 S D C 为阳极时，电池运行1 0 小时后输出功率可以保持初始值( 2 5 0 m Wc m 2 ) 的9 0 ，既获得了较满意的输出功率也在一定程度上抑制了阳极积碳。N i C u 合金基阳极在发展以生物质气为燃料的S O F C 较有应用前景。第五章结束语中总结了本论文工作的主要结论，下一步可继续的工作方向及论文的创新之
8、处。中国科学技术大学硕士论文A b s t r a c tA b s t r a c tS o l i do x i d ef u e lc e l s l ( S O F C s ) a r ec u r r e n t l ya t t r a c t i n gt r e m e n d o u si n t e r e s t sb e c a u s eo ft h e i rh i g he f f i c i e n c y ，l i t t l ep o l l u t i o n ，l o wc o s to v e ro t h e rf u e lc e l lt y p
9、 e s ，a n df l e x i b i l i t yi nt h ec h o i c eo ff u e l s A san e wt e c h n i q u e ，S O F C sw i l lf u l f i l lt h ei n c r e a s i n gn e e do fe l e c t r i c i t y ，i m p r o v et h ec u r r e n te n e r g ys t r u c t u r e ，a n di m p a c tt h ew h o l ew o r l de n v i r o n m e n ta
10、 c t i v e l yi nt h en e a rf u t u r e C o n v e n t i o n a lS O F C sa r eu s u a l l yo p e r a t e da th i g ht e m p e r a t u r e ( 10 0 0 。C ) ，w h i c hw i l lc a u s em a n yp r o b l e m so nm a t e r i a l sa n df a b r i c a t i n gt e c h n i q u e s S oi ti sd e s i r a b l et ol o w
11、 e rt h eo p e r a t i o nt e m p e r a t u r et o5 0 0o C - 8 0 0o C H o w e v e r ，l o w e r i n gt h eo p e r a t i o nt e m p e r a t u r ew i l lc a u s ei n c r e a s ei ne l e c t r o d ep o l a r i z a t i o n ( i n c l u d i n ga n o d ea n dc a t h o d e ) A n dw h e nu s i n gh y d r o c
12、a r b o na sf u e l s ，a n o d i cp o l a r i z a t i o na n dc a r b o nd e p o s i t i o nb e c o m es i g n i f i c a n t ，S Oo n eo ft h ek e yi s s u e si st od e v e l o pa na n o d ew i t hh i g hc a t a l y t i ca c t i v i t ya n dn oc a r b o nd e p o s i t i o n T h i st h e s i sf o c u
13、s e so na n o d e sf o rl o wt e m p e r a t u r es o l i do x i d ef u e lc e l l ( L T S O F C s ) b yd e v e l o p i n ga l l o yb a s e da n o d e s C h a p t e r1r e v i e w st h ew o r k i n gp r i n c i p l e ，m a t e r i a l sf o rS O F C s ，e s p e c i a l l ym a i np o i n t so fa n o d ed
14、 e v e l o p m e n t s P r o p o s a l so nt h et h e s i sw o r ka r ea l s op r e s e n t e di nt h i sc h a p t e r P r e p a r a t i o no fm a t e r i a l sa n dc e l l sa r eb a s a lt e c h n i q u e si nd e v e l o p i n gS O F C s A c c u r a t ea n de f f i c i e n tc h a r a c t e r i z a
15、t i o ni sc r i t i c a li ns e l e c t i n gs u i t a b l em a t e r i a l sa sw e l la so v e r a l le v a l u a t i o no ft h ep e r f o r m a n c eo fS O F C s C h a p t e r2g i v e sd e t a i li n f o r m a t i o na b o u tg l y c i n e n i t r a t et e c h n i q u e ，C O p r e s s i n ga n dC
16、O f i r i n gp r o c e s s ，s c r e e n - p r i n t i n ga n dc h a r a c t e r i z a t i o nt e c h n i q u es u c ha sA ci m p e d a n c e ，X r a yd i f f r a c t i o n ( X R D ) ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( S E M ) t e c h n i q u ee t c T r i m e t a la l l o y s ，F e x C o o5 x N i 05 ( X = 0 1 ，0 2 ，0 2 5 ，O 3 ，0 4 ) ，w e r es t u d i e da sa n o d e sf o rL T S O F C sb a s e do nG D C ( C e o9 0
