固體氧化物電池燃料極制備、性能及應用研究
發(fā)布時間：2021-02-24 09:05
可逆固體氧化物電池（Reversible Solid Oxide Cells,RSOCs）是一種可以將化學能和電能相互轉化的器件,其工作模式可分為燃料電池模式和電解池模式兩種。燃料電池模式（Solid Oxid Fuel Cells,SOFCs）下,固體氧化物電池可以將氫氣、碳氫燃料中的化學能轉化成電能;在電解池模式（Solid Oxid Electrolysis Cells,SOECs）下,則可以將電能轉化成化學能,產生高附加值化學品,如氫氣、氧氣、一氧化碳等。RSOC具有轉化效率高,燃料選擇性廣,無噪音,不使用貴金屬等特點。在SOFC模式下使用碳氫燃料工作時,固體氧化物電池經常面臨電池輸出功率低、陽極積碳嚴重、陽極催化劑硫中毒等問題,因此迫切需要開發(fā)新型陽極催化劑材料、優(yōu)化陽極微結構,以提升電池性能和穩(wěn)定性。在SOEC模式下電解CO2是目前的研究熱點,但是應用傳統(tǒng)的氧離子型電解池（O-SOEC,以氧離子導體為電解質）電解時,需要在高溫下運行,因而對配件要求十分苛刻,導致運行成本增加。借助于質子導體電解質適于中低溫下運行等優(yōu)點,近年來科研工作者正積極發(fā)展質子型RSOC,并取得了積極成...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：134 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２?—些電解質材料的離子電導率，水平的虛線表示在ＲＳＯＣ器件中１５／ｉｍ厚度的電解??質情況下所需要最低的電導率
?第一章緒論???徑更大，所以需要較大的晶胞體積，從而容納質子缺陷遷移。綜上所述，一般適??用于鈣鈦礦Ａ位元素是Ｂａ，?Ｓｒ等具有大離子半徑和強堿性的堿土金屬元素。為??Ｅ２?Ｅｌ??Ｗ??圖１．３質子從氧離子Ａ傳輸?shù)窖蹼x子Ｂ過程的示意圖［１７］??保證足夠的氧離子缺陷，Ｂ位元素需要進行低價金屬元素摻雜。形成的質子通過??晶格氧跳躍傳輸，即在高溫下氧離子發(fā)生振動，導致縮短了相鄰氧離子的距離，??當縮短到一定范圍后質子可以從一個晶格氧上跳躍到另一個晶格氧，如圖１．３所??示［１７］。??與氧離子導體類似，質子缺陷的電導率可以用能斯特－愛因斯坦方程進行計??算：??其中＜為質子電導率，ｎ為電荷數(shù)，ＣＨ＋為質子缺陷濃度，ｆｃ為玻爾茲曼常數(shù)，：Ｔ??為溫度，Ｚ）ｗ＋為質子擴散系數(shù)。Ｋ．?Ｄ．?Ｋｒｅｕｅｒ系統(tǒng)總結了質子導體相關材料在不??同溫度下的質子缺陷濃度和電導率情況，如圖１．４所示［１８］。??８??
００?２００??（ａ）???????（ｂ）?Ｉ—￣＾￣￣￣＊■?！???＇?＇?Ｐｕ?＝?２３?ｈＰａ?＇?＇?Ｌ＾－?ａｃｃｅｐｔｏｒ?－?ｔＪｏｐａｎｌ?ｏｏｎｃｅｍｒＫｉｏｒ??Ｂａ?ｒ．?２?［－＿■?－＊—二１Ｃ?ｍｏ？ｔ?ｔｎ?ｍｏｓｔ?ｃａｓｅｓ??１０．?士???＾＾ｃ＾ｄｏｐａｒ－ｊｅｖｅｌ?＊２??０?２００?４００?６００?８００?１０００?＾?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５??了廣。?（１０００Ｔ〇／？Ｃｉ??圖１．４?（ａ）材料中的質子缺陷在不同溫度下濃度變化圖；（ｂ）常見氧化物材料電導率隨溫??度變化圖［１８］??到目前為止，對質子導體電解質材料的研究已十分廣泛，主要針對其質子電??導率、燒結活性、化學穩(wěn)定性方面進行研宄。例如Ｙｏｕｍｉｎ?Ｇｕｏ等人對ＢａＣｅａ８Ｙａ２〇３??材料摻雜不同濃度的Ｚｒ元素，制備成ＢａＺｒｙＣｅａ８－ｙＹａ２〇３（ｙ?＝?０．０￣０．８，摻雜組分??梯度為０．１），并研究了其晶胞結構變化對Ｃ０２耐受能力和電化學性能等方面的影??響。他們發(fā)現(xiàn)當ｙ取值在０．１－０．５范圍內時，材料表現(xiàn)出正交相結構；當ｙ為０．６－??０．８時，材料為立方相結構。而且材料化學穩(wěn)定性與ｙ取值密切相關，當ｙ為０－??０．４時，材料在Ｃ０２下均不能穩(wěn)定存在，會生成ＢａＣ０３等雜相物質，如圖１．５（ａ）??所示。隨著Ｚｒ元素摻雜量提升材料燒結收縮性質下降，電解質的燒結活性降低。??在１５００?°Ｃ下焙燒相同時間，材料的相對致密度從９２．２９％下降到６５．６７％。較差??的燒結活性使得單電池制備過程中電解質致密化溫度升高，對燒結設備要求提高，??且
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Electrochemical Properties of Tubular SOFC Based on a Porous Ceramic Support Fabricated by Phase-Inversion Method[J]. Zongying Han,Yuhao Wang,Zhibin Yang,Minfang Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
博士論文
[1]在線光電離質譜應用于煤熱解研究[D]. 朱亞楠.中國科學技術大學 2019
[2]固體氧化物電池燃料極界面反應過程[D]. 鄭明浩.中國科學技術大學 2018
[3]開放直孔電極支撐固體氧化物電池的制備及性能研究[D]. 藺杰.中國科學技術大學 2018
[4]C2～C4醇類燃料的熱解及低溫等離子體研究[D]. 王晶.中國科學技術大學 2008
本文編號：3049140
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：134 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２?—些電解質材料的離子電導率，水平的虛線表示在ＲＳＯＣ器件中１５／ｉｍ厚度的電解??質情況下所需要最低的電導率
?第一章緒論???徑更大，所以需要較大的晶胞體積，從而容納質子缺陷遷移。綜上所述，一般適??用于鈣鈦礦Ａ位元素是Ｂａ，?Ｓｒ等具有大離子半徑和強堿性的堿土金屬元素。為??Ｅ２?Ｅｌ??Ｗ??圖１．３質子從氧離子Ａ傳輸?shù)窖蹼x子Ｂ過程的示意圖［１７］??保證足夠的氧離子缺陷，Ｂ位元素需要進行低價金屬元素摻雜。形成的質子通過??晶格氧跳躍傳輸，即在高溫下氧離子發(fā)生振動，導致縮短了相鄰氧離子的距離，??當縮短到一定范圍后質子可以從一個晶格氧上跳躍到另一個晶格氧，如圖１．３所??示［１７］。??與氧離子導體類似，質子缺陷的電導率可以用能斯特－愛因斯坦方程進行計??算：??其中＜為質子電導率，ｎ為電荷數(shù)，ＣＨ＋為質子缺陷濃度，ｆｃ為玻爾茲曼常數(shù)，：Ｔ??為溫度，Ｚ）ｗ＋為質子擴散系數(shù)。Ｋ．?Ｄ．?Ｋｒｅｕｅｒ系統(tǒng)總結了質子導體相關材料在不??同溫度下的質子缺陷濃度和電導率情況，如圖１．４所示［１８］。??８??
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【參考文獻】：
期刊論文
[1]Electrochemical Properties of Tubular SOFC Based on a Porous Ceramic Support Fabricated by Phase-Inversion Method[J]. Zongying Han,Yuhao Wang,Zhibin Yang,Minfang Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
博士論文
[1]在線光電離質譜應用于煤熱解研究[D]. 朱亞楠.中國科學技術大學 2019
[2]固體氧化物電池燃料極界面反應過程[D]. 鄭明浩.中國科學技術大學 2018
[3]開放直孔電極支撐固體氧化物電池的制備及性能研究[D]. 藺杰.中國科學技術大學 2018
[4]C2～C4醇類燃料的熱解及低溫等離子體研究[D]. 王晶.中國科學技術大學 2008
本文編號：3049140
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