NiO-SDC+LSGM/BCY20中低温天然气固体氧化物燃料电池复合阳极的性能研究

论文摘要

固体氧化物燃料电池是一种能将燃料气的化学能转化为电能的发电装置。由于其具有转化效率高、清洁、无污染、无噪音等特点,受到人们的普遍关注,现在已成为世界各国研究的热点之一。本课题主要研究中低温天然气SOFC单电池的制备,以及对不同体系的阳极性能的表征,为了得到性能较好的中温天然气SOFC做了以下工作。研究了中低温天然气SOFC单电池的粉体制备,采用溶胶-凝胶法制备了单电池的阳极、电解质和阴极粉体,用XRD测试了单电池阳极粉体的性能。XRD结果表明电池粉体径粒尺寸为4-35nm之间,采用共压共烧结法制备了以NiO-SDC+LSGM复合阳极支撑,以LSGM为电解质,以GDC+LSCF为复合阴极的单电池,阴极采用涂步法制备了单电池,并测试其电化学性能。NiO-SDC+LSGM（3:2）单电池在600℃时电池的功率密度达到最大为:45.86 mW/cm2,电流密度为229.32mA/cm2。并用SEM电镜观察了单电池断面的形貌,用XRD测试了NiO-SDC+LSGM复合阳极的性能,结果表明:当LSGM:SDC大于3:2后,LSGM与NiO发生反应.采用二次共压法制备了以NiO-SDC+BCY20为复合阳极,以BCY20为电解质,以GDC+LSCF为复合阴极的单电池,阴极采用涂步法制备了单电池。在650℃时电池的功率密度达到最大为53.3 mW/cm2,电流密度为262.8mA/cm2。并用SEM电镜观察了单电池断面的形貌,发现二次干压法制得的单电池具有更好的三相界面,用XRD测试了NiO-SDC+BCY20复合阳极的性能。结果表明,BCY20没有和复合阳极的其他组分发生反应,NiO、SDC、BCY20各自以单独相存,对复合阳极的烧结性能以及氧离子迁移数作了研究,结果表明:SDC:BCY20 =2:3时电池具有比较好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 引言
• 1.1 燃料电池简介
• 1.2 燃料电池概述
• 1.2.1 SOFC 基本原理
• 1.2.2 电极反应的动力学过程
• 1.3 单电池各组件材料研究进展
• 1.3.1 阳极
• 1.3.2 电解质
• 1.3.3 阴极
• 1.3.4 本文的主要研究内容
• 第二章 纳米粉体的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验仪器与设备
• 2.3 化学试剂
• 2.4 电解质、电极粉末材料的制备过程
• 2.5 电解质、电机粉末材料的表征
• 2.6 结论
• 第三章 以LSGM、BCY20 为电解质的天然气为燃料的固体氧化物燃料电池的制备和阳极性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 以LSGM 为电解质单电池的制备和性能研究
• 3.2.1 以LSGM 为电解质单电池片的测试
• 3.2.2 以LSGM 为电解质单电池的SEM 图
• 3.2.3 以LSGM 为电解质复合阳极的XRD
• 3.2.4 以LSGM 为电解质单电池A、C 的电流和功率密度..
• 3.2.5 不同复合比单电池的电导率和最大功率密度
• 3.2.6 以 LSGM 为电解质单电池的内阻及电导率随温度的变化
• 3.2.7 结论
• 3.3 以BSCY20 为电解质单电池的制备和性能研究
• 3.3.1 以BCY20 为电解质单电池电流功率密度
• 3.3.2 单电池内阻及电导率随温度的变化
• 3.3.3 单电池复合阳极XRD 图
• 3.3.4 不同含量复合阳极在不同温度下烧结后径向收缩率的测定
• 3.3.5 单电池的 SEM 图
• 3.3.6 复合阳极的离子迁移数的测定
• 3.3.7 结论
• 第四章 总结
• 4.1 实验结论
• 4.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献