直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池功能阳极材料的制备及性能

论文摘要

固体氧化物燃料电池（SOFC）是举世公认的21世纪最重要的绿色能源技术之一。在传统Ni/YSZ阳极中,由于Ni对甲烷等碳氢化合物燃料的裂解反应具有催化作用,使燃料裂解为氢气和单质碳,导致在阳极表面出现碳沉积,使电极结构遭到破坏,电池性能恶化。因此,近年来直接以碳氢化合物为燃料的固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）的阳极材料获得了广泛的关注。在直接使用碳氢化合物为燃料时,阳极必须能够催化燃料的重整反应或直接氧化反应,以有效预防燃料裂解而产生的碳沉积。因此,直接以碳氢化合物为燃料的SOFC新型阳极材料和阳极结构的开发已经成为国际上SOFC技术竞争的关键因素之一。本文利用低温燃烧法合成钙钛矿结构的La0.7Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ（LSCM）阳极粉末。用La0.7Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ做电解质, LSCM和（Pr0.7Ca0.3）0.9MnO3（PCM）分别作为阳极材料和阴极材料进行电池测试,电解质支撑型的LSCM/LSGMC/PCM单电池于加湿氢气气氛中在850℃、800℃和750℃时的最大功率密度分别为182、125和80mW/cm2,而在乙醇蒸汽中对应的最大功率密度分别为169、120和68mW/cm2。电池的稳定性测试显示,LSCM阳极于750℃暴露在乙醇蒸汽中60h后其电池性能没有发生明显的衰退,阳极表面几乎没有碳沉积。应用双层流延法制备Ni-ScSZ阳极支撑层-ScSZ电解质复合膜素坯,经共烧结得到复合膜。在已烧结的Ni-ScSZ阳极支撑层表面丝网印刷一层LSCM-CeO2阳极催化层,制备LSCM-CeO2/Ni-ScSZ功能梯度层阳极。单电池发电实验表明,随着LSCM-CeO2阳极催化层中CeO2含量的增加,单电池电化学性能也增加,以Ni-ScSZ13作阳极的单电池用氢气或乙醇蒸气作燃料于850℃下最大的功率密度分别为710和669mW/cm2,而以Ni-ScSZ10作阳极的单电池,在相同条件下最大的功率密度分别为521和486mW/cm2。电池的稳定性测试显示,Ni-ScSZ13阳极单电池经过144h运行后,其性能略微下降,具有较好的抗碳沉积性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 固体氧化物燃料电池（SOFC）简述
• 1.2.1 SOFC 的工作原理
• 1.2.2 SOFC 的电池组装方式
• 1.3 固体氧化物燃料电池的阳极材料
• 1.3.1 SOFC 对阳极材料的要求
• 1.3.2 SOFC 阳极材料发展现状
• 1.4 论文的研究思想和研究内容
• 参考文献
• 0.7Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-δ钙钛矿结构阳极材料的制备及性能表征'>第二章 La_0.7Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-δ钙钛矿结构阳极材料的制备及性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 电极和电解质材料的合成
• 2.2.2 LSGMC 电解质膜片的制备
• 2.2.3 材料表征
• 2.2.4 单电池的性能表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 粉末表征
• 2.3.2 化学相容性研究
• 2.3.3 单电池测试
• 2.4 本章实验结论
• 参考文献
• 2/Ni-ScSZ 功能梯度阳极制备及性能表征'>第三章 固体氧化物燃料电池LSCM-CeO₂/Ni-ScSZ 功能梯度阳极制备及性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 单电池性能测试
• 3.3.2 电化学阻抗谱（EIS）研究
• 3.3.3 电池稳定性测试
• 3.4 本章实验结论
• 参考文献
• 第四章 论文结论
• 致谢
• 学术论文和科研成果