本文選題：固體氧化物燃料電池 + 陽極材料��； 參考：《安徽理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFCs)可將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,具有能量轉(zhuǎn)化效率高、燃料適應(yīng)范圍廣和環(huán)境友好等優(yōu)點,是一種市場發(fā)展前景看好的新能源技術(shù)。SOFC單電池由陰極、電解質(zhì)和陽極三部分組成,其中陰極、電解質(zhì)材料的研究已經(jīng)較為充分,市場已推出相應(yīng)的材料體系。在SOFC操作溫度中低溫化的發(fā)展趨勢下,陽極材料的開發(fā)顯得滯后,這是因為傳統(tǒng)Ni基金屬陶瓷陽極(Ni-YSZ,Ni-SDC)雖然具有優(yōu)秀的電催化活性和良好的集電性,但在使用碳?xì)淙剂?如甲烷,天然氣)時,陽極易出現(xiàn)積炭和硫中毒現(xiàn)象,這些問題很大程度上限制了 Ni基陽極的商業(yè)化進(jìn)程。本研究針對Ni-YSZ基陽極目前面臨的現(xiàn)狀,致力于探索直接對碳?xì)淙剂线M(jìn)行催化氧化,且具有良好抗積碳的新型陽極材料體系,主要內(nèi)容如下:第一章簡要概括了固體氧化物燃料電池的研究背景、工作原理和電池各組件材料及制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀。重點介紹了基于中低溫條件下操作的發(fā)展思路,傳統(tǒng)SOFCs陽極面臨的挑戰(zhàn)及研究進(jìn)展,提出本論文的研究目的和研究內(nèi)容。第二章給出了本研究論文所使用的試劑、粉體合成方法及樣品制備技術(shù),介紹了用于材料理化性能測試表征所使用的儀器設(shè)備以及操作條件。第三章探討了傳統(tǒng)陰極候選材料La0.8Sr0.2Fe03-δ(LSF)在引入GDC過渡層的情況下,作為陽極材料使用的可行性。結(jié)果表明:(1)LSF在H2氣氛下具有良好的物相穩(wěn)定性;(2)通過在LSF與YSZ之間添加過渡層,700℃界面極化電阻由14.55 ·cm2降低至4.39Ω·cm2,表明GDC過渡層能顯著改善LSF陽極在中低溫下的催化性能;(3)通過添加GDC過渡層,單電池在700℃時功率密度從90 mW·cm-2增加到174mW-cm2,性能提高90%以上,且具有良好的穩(wěn)定性。表明LSF是一種有前景的陽極材料。第四章采用 Mo 對 Pr0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O3-δ(PSFN)進(jìn)行摻雜(PSFNM),研究Mo摻雜對物相、電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)和電化學(xué)性能的影響,同時分別以PSFN和PSFNM作為陽極,構(gòu)建LSGM電解質(zhì)支撐的單電池,驗證PSFNM作為陽極可行性。結(jié)果表明:(1)通過Mo摻雜可抑制Fe、Ni往低價態(tài)轉(zhuǎn)變,提高材料在高溫還原氣氛下的物相穩(wěn)定性,同時改善電池組件間的熱機械匹配性;(2)650℃時Mo摻雜的界面極化電阻由2.763 Ω·cm2減小至1.051 Ω·cm2,表明Mo摻雜可明顯改善中低溫下的極化性能;(3)800℃時以PSFN和PSFNM為陽極的單電池輸出功率和極化電阻分別為435 mW·cm-2、0.102 Ω·cm2和537 mW·cm-2和0.066Ω·cm2,表明Mo摻雜可有效改善電池的輸出性能;(4)長期穩(wěn)定性測試表明PSFNM是有潛在開發(fā)價值的陽極材料。第五章探討了PrBaMn2O5+δ和Pr0.9Ba0.9Mn1.8Fe0.2O5+δ兩種新型有序?qū)訝钼}鈦礦材料作為SOFC陽極材料的物理化學(xué)及電性能。結(jié)果表明:(2)空氣氣氛下,PBMO和PBMFO兩者均呈現(xiàn)四方相和六方相的混合物,為無序結(jié)構(gòu)。經(jīng)過高溫H2還原后,PBMO轉(zhuǎn)變?yōu)閱我烩}鈦礦相,PBMFO主相為鈣鈦礦,伴隨Pr2O3、Fe203以及BaFe4O7的析出;(2)高溫還原氣氛下,PBMO與YSZ發(fā)生反應(yīng),與GDC沒有相互作用;(3)Fe部分取代Mn位可有效增大載流子濃度,提高空氣和氫氣氣氛下的電導(dǎo)率;(4)相轉(zhuǎn)變前后,PBMO陽極單電池最大功率密度從75 mW·cm-2增大到104mW·cm-2,性能提高38.6%,而PBMFO陽極單電池則從96 mW·cm-2提高至190 mW·cm-2,性能提高90%以上。表明Fe摻雜能夠明顯提高PBMO陽極的催化性能。
[Abstract]:In this paper , the research background , working principle of the solid oxide fuel cell and the research progress of the preparation technology of the anode material are discussed . The research aim and the operating conditions of the anode material are discussed in chapter 1 . In chapter 2 , the research aim and the research contents of the anode material are discussed . The results show that the traditional Ni - based metal ceramic anode ( Ni - YSZ , Ni - -DC ) has excellent catalytic activity and good electrical property . The results show that : ( 2 ) The maximum power density of PBMO and PSFNM are 435 mW 路 cm - 2 , 0.102 惟 路 cm ~ 2 and 537 mW 路 cm - 2 and 0.066 惟 路 cm ~ 2 respectively .

【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM911.4

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本文編號：1815352