固體氧化物燃料電池鈷基與無鈷基層狀鈣鈦礦陰極材料的制備及性能研究
發(fā)布時間：2020-12-20 05:53
針對目前日益嚴峻的能源短缺與環(huán)境污染問題,固體氧化物燃料電池（SOFC）因具有綠色、高效等特點而蘊含著巨大的應用前景。但是常規(guī)的SOFC運行溫度較高（800℃-1000℃）,不利于其進一步商業(yè)化,所以降低其運行溫度（中低溫化）成為SOFC未來發(fā)展的重要方向。同時在工作溫度逐漸下降的過程中,陰極材料的極化電阻會伴隨增加,造成SOFC的電性能嚴重下降。因此,開發(fā)一種在中低溫下（400℃-800℃）具有高電子傳導和遷移、高電催化活性和相匹配于常用電解質的熱膨脹系數(shù)的陰極材料是非常重要的。為了尋找適合于中低溫SOFC使用的陰極材料,本文采用EDTA-檸檬酸聯(lián)合絡合法制備出SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2O5+δ（SBSCC）作為陰極材料的骨架,并在Co位等比例（1:1）摻雜Fe、Mn、Ni、Cu等四種元素制成SmBa0.5Sr0.25Ca0.25CoMeO5+δ（Me=Fe,Mn,Ni,...
【文章來源】：內(nèi)蒙古科技大學內(nèi)蒙古自治區(qū)
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
SOFC反應示意圖
內(nèi)蒙古科技大學碩士學位論文-22-Sr(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、EDTA和檸檬酸（分析純）；然后將所稱取的Sm2O3（經(jīng)過900℃預處理3h）置于100mL小燒杯中，先后加入適量的65%-68%濃硝酸與去離子水配成Sm(NO3)3溶液；先取一個1000ml的大燒杯，加入一定量的去離子水，將稱量好的金屬硝酸鹽依次溶解于水中，隨后將配制好的硝酸釤溶液全部轉移到大燒杯中，攪拌一段時間使其充分混合，最終溶液呈現(xiàn)深紅色；按照V(氨水):m(EDTA)=1.15:1mL/g比例[42]將EDTA白色粉末緩慢地加入到適量濃氨水中，并加熱攪拌使其完全溶解，得到EDTA的氨水混合溶液；將上述EDTA的氨水溶液加到金屬硝酸鹽混合溶液中，迅速絡合變?yōu)閼覞嵋�，�?jīng)過一個小時的加熱攪拌后，加入檸檬酸進行輔助絡合一個小時，最后按照一定速度逐滴滴加氨水溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH到7-8(注意：無鈷基材料制備時pH調(diào)節(jié)到6-7)，將調(diào)好pH值的混合溶液放在溫度設置為80℃的水浴鍋中持續(xù)加熱攪拌數(shù)小時，溶液逐漸粘稠形成溶膠最終變?yōu)槟z，將所制取的凝膠物轉移到電阻爐上加熱，在加熱過程中凝膠物沸騰冒泡同時伴隨有大量氣體沖出,最終生成灰黑色蓬松物，用瑪瑙研缽研磨。將經(jīng)過研磨的粉末置于高溫箱式電阻爐中在1000℃條件下持續(xù)煅燒6h，除掉殘留有機物，以達到提高反應催化活性的目的。待其自然降溫，將經(jīng)過煅燒的粉體在行星式球磨機上球磨4h后備用。圖2.1溶膠-凝膠法合成SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2O5+δ陰極粉體的流程圖2.3.2長條狀電導率測試樣品SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，Ni)的制備分別稱取足夠量預燒后的SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，
內(nèi)蒙古科技大學碩士學位論文-23-Ni)系列陰極粉料，將其倒入條形模具中鋪設均勻平整，隨后組裝好模具，對稱平穩(wěn)地放在DY-20臺式壓片機的載物臺上，在200MPa壓力條件下持續(xù)穩(wěn)定加壓數(shù)分鐘后成為40mm×5mm長方體樣品條(如若壓片過程中得到的是有裂紋不完整的長條樣品，可以嘗試加入一些質量分數(shù)為97%的聚乙烯醇縮丁醛PVB來進行造粒，然后再次進行壓片，最后在一定溫度下煅燒的過程中會通過分解所添加的粘接劑來去除)，將壓制的細長樣品條放到高溫箱式電阻爐中在1000℃下恒溫燒結10h，待其自然降溫，得到所需SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，Ni)系列待測試樣品。2.3.3長條狀熱膨脹測試樣品的制備稱取適量的粉末樣品并加入一定量的酒精進行研磨，等待其晾干后倒入條形模具中，將其整體放置在DY-20臺式壓片機的載物臺上，在適當壓力條件下持續(xù)加壓3-5min后成為具有一定規(guī)模長方體樣品條，將其放到高溫箱式電阻爐中恒溫煅燒數(shù)小時，待其自然降溫，得到所需待測試樣品，根據(jù)儀器的測試要求通過運用砂紙將樣品條磨成合適規(guī)格的熱膨脹測試樣品。2.3.4陰極樣品條上的銀絲綁定方法圖2.2樣品條上的銀絲綁定在使用銀絲對樣品條綁定之前，應該將樣品條置于馬弗爐中1000℃條件下煅燒4h，經(jīng)過一定溫度下的燒結處理可以使條狀樣品保持較好的致密性以及足夠高的強度。待其自然降溫，取出后打磨，以保證其內(nèi)外部未產(chǎn)生裂紋。具體的銀絲綁定過程如圖2.2所示，把四根銀絲按照先后順序朝著同一方向進行綁結，過程中要求保證每
【參考文獻】：
期刊論文
[1]雙鈣鈦礦型電極材料在中低溫固體氧化物燃料電池中的應用[J]. 張文銳,張智慧,高立國,馬廷麗. 化學進展. 2016(06)
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[7]中溫SOFC復合陰極材料的制備及性能[J]. 荊波,孫俊才,呂喆. 稀有金屬材料與工程. 2010(05)
[8]固體氧化物燃料電池陰極材料的研究進展[J]. 沈薇,趙海雷,王治峰,王榕林. 電池. 2009(03)
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博士論文
[1]中溫固體氧化物燃料電池鈷基鈣鈦礦結構陰極材料性能研究[D]. 熊明文.上海交通大學 2013
[2]新型鈷基鈣鈦礦陰極材料及在中溫固體氧化物燃料電池中的應用[D]. 朱成軍.吉林大學 2009
碩士論文
[1]中溫固體氧化物燃料電池中雙鈣鈦礦陰極材料PBCMx（M=Cu，F(xiàn)e）的制備與性能研究[D]. 高磊.吉林大學 2012
本文編號：2927328
【文章來源】：內(nèi)蒙古科技大學內(nèi)蒙古自治區(qū)
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
SOFC反應示意圖
內(nèi)蒙古科技大學碩士學位論文-22-Sr(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、EDTA和檸檬酸（分析純）；然后將所稱取的Sm2O3（經(jīng)過900℃預處理3h）置于100mL小燒杯中，先后加入適量的65%-68%濃硝酸與去離子水配成Sm(NO3)3溶液；先取一個1000ml的大燒杯，加入一定量的去離子水，將稱量好的金屬硝酸鹽依次溶解于水中，隨后將配制好的硝酸釤溶液全部轉移到大燒杯中，攪拌一段時間使其充分混合，最終溶液呈現(xiàn)深紅色；按照V(氨水):m(EDTA)=1.15:1mL/g比例[42]將EDTA白色粉末緩慢地加入到適量濃氨水中，并加熱攪拌使其完全溶解，得到EDTA的氨水混合溶液；將上述EDTA的氨水溶液加到金屬硝酸鹽混合溶液中，迅速絡合變?yōu)閼覞嵋�，�?jīng)過一個小時的加熱攪拌后，加入檸檬酸進行輔助絡合一個小時，最后按照一定速度逐滴滴加氨水溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH到7-8(注意：無鈷基材料制備時pH調(diào)節(jié)到6-7)，將調(diào)好pH值的混合溶液放在溫度設置為80℃的水浴鍋中持續(xù)加熱攪拌數(shù)小時，溶液逐漸粘稠形成溶膠最終變?yōu)槟z，將所制取的凝膠物轉移到電阻爐上加熱，在加熱過程中凝膠物沸騰冒泡同時伴隨有大量氣體沖出,最終生成灰黑色蓬松物，用瑪瑙研缽研磨。將經(jīng)過研磨的粉末置于高溫箱式電阻爐中在1000℃條件下持續(xù)煅燒6h，除掉殘留有機物，以達到提高反應催化活性的目的。待其自然降溫，將經(jīng)過煅燒的粉體在行星式球磨機上球磨4h后備用。圖2.1溶膠-凝膠法合成SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2O5+δ陰極粉體的流程圖2.3.2長條狀電導率測試樣品SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，Ni)的制備分別稱取足夠量預燒后的SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，
內(nèi)蒙古科技大學碩士學位論文-23-Ni)系列陰極粉料，將其倒入條形模具中鋪設均勻平整，隨后組裝好模具，對稱平穩(wěn)地放在DY-20臺式壓片機的載物臺上，在200MPa壓力條件下持續(xù)穩(wěn)定加壓數(shù)分鐘后成為40mm×5mm長方體樣品條(如若壓片過程中得到的是有裂紋不完整的長條樣品，可以嘗試加入一些質量分數(shù)為97%的聚乙烯醇縮丁醛PVB來進行造粒，然后再次進行壓片，最后在一定溫度下煅燒的過程中會通過分解所添加的粘接劑來去除)，將壓制的細長樣品條放到高溫箱式電阻爐中在1000℃下恒溫燒結10h，待其自然降溫，得到所需SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，Ni)系列待測試樣品。2.3.3長條狀熱膨脹測試樣品的制備稱取適量的粉末樣品并加入一定量的酒精進行研磨，等待其晾干后倒入條形模具中，將其整體放置在DY-20臺式壓片機的載物臺上，在適當壓力條件下持續(xù)加壓3-5min后成為具有一定規(guī)模長方體樣品條，將其放到高溫箱式電阻爐中恒溫煅燒數(shù)小時，待其自然降溫，得到所需待測試樣品，根據(jù)儀器的測試要求通過運用砂紙將樣品條磨成合適規(guī)格的熱膨脹測試樣品。2.3.4陰極樣品條上的銀絲綁定方法圖2.2樣品條上的銀絲綁定在使用銀絲對樣品條綁定之前，應該將樣品條置于馬弗爐中1000℃條件下煅燒4h，經(jīng)過一定溫度下的燒結處理可以使條狀樣品保持較好的致密性以及足夠高的強度。待其自然降溫，取出后打磨，以保證其內(nèi)外部未產(chǎn)生裂紋。具體的銀絲綁定過程如圖2.2所示，把四根銀絲按照先后順序朝著同一方向進行綁結，過程中要求保證每
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[8]固體氧化物燃料電池陰極材料的研究進展[J]. 沈薇,趙海雷,王治峰,王榕林. 電池. 2009(03)
[9]陰極材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.8Fe0.2O3-δ的晶體結構和性能[J]. 隋新國,高文元,孫俊才,劉揚. 電源技術. 2006(10)
博士論文
[1]中溫固體氧化物燃料電池鈷基鈣鈦礦結構陰極材料性能研究[D]. 熊明文.上海交通大學 2013
[2]新型鈷基鈣鈦礦陰極材料及在中溫固體氧化物燃料電池中的應用[D]. 朱成軍.吉林大學 2009
碩士論文
[1]中溫固體氧化物燃料電池中雙鈣鈦礦陰極材料PBCMx（M=Cu，F(xiàn)e）的制備與性能研究[D]. 高磊.吉林大學 2012
本文編號：2927328
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