浸渍法制备管式固体氧化物燃料电池

论文摘要

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种新型的发电装置,具有能量转化效率高,环境污染低等优点,引起了科学家们的广泛关注。管式SOFC具有高机械强度、高抗热冲击性能、简化的密封技术、高模块化集成性能等特点,是最接近商业化的SOFC发电技术。但是,其昂贵的制作、组装和运行成本,依然严重制约着它的广泛应用。本论文选用浸渍法这种成本低廉、操作简便的工艺,分别制备了管式阳极支撑SOFC、锥管式阳极支撑SOFC和PSZ多孔陶瓷支撑SOFCs,并在此基础上对电池进行组装、测试和分析研究。采用浸渍法制备锥管状阳极支撑SOFC,并组装三节串联和五节串联的锥管状阳极支撑SOFC电堆然后分别进行测试。以氢气为燃料,三节串联电堆在800°C下最大功率密度为176mW/cm2,开路电压为2.46V,五节串联电堆在750°C下最大功率密度为0.69W/cm2,开路电压为4.36V,两个电堆测试表明,电堆的密封工艺以及电池材料的稳定性能是制约电堆性能的重要因素。采用浸渍法依次制备了较短和较长的管式阳极支撑固体氧化物燃料电池,以氢气为燃料,空气为氧化剂对电池进行测试,结果表明,随着电池长度的增加,电池电阻明显增大,输出性能也随之下降,表明当管长较长时,阳极侧较长的电荷传递路径产生的阻抗已经明显影响了电池的性能,本文采用制备阳极电荷收集器成功的解决了这一问题。采用浸渍法制备了3节串联的PSZ多孔陶瓷支撑SOFC,以氢气为燃料,空气为氧化剂对电池组及每个单电池在各个温度下的输出性能进行测试,单电池在800°C下开路电压在0.9V-1.0V附近,最大电流密度约为150mA/cm2。由于电池组中一个单电池性能较差,因此3电池串联性能不佳。将两个较好的电池串联后,电池组的最大电流密度约为75 mA/cm2,开路电压也达到较为理想的1.8V左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 燃料电池
• 1.1.1 燃料电池的工作原理
• 1.1.2 燃料电池的特点
• 1.1.3 燃料电池的历史与发展
• 1.1.4 燃料电池的分类
• 1.2 固体氧化物燃料电池
• 1.2.1 工作原理与特点
• 1.2.2 电池材料
• 1.2.3 电池及电堆结构
• 1.3 管式SOFC阳极支撑体的制备工艺
• 1.4 管式SOFC发展概况
• 1.5 本文研究内容和主要创新点
• 1.5.1 本论文研究内容
• 1.5.2 本论文创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 化学试剂和仪器设备
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 表征方法和测试手段
• 2.2.1 孔隙率测试
• 2.2.2 X-射线衍射分析
• 2.2.3 扫描电镜分析
• 2.2.4 电化学性能测试
• 第三章 浸渍法制备锥管状阳极支撑固体氧化物燃料电池
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 阳极支撑体的制备
• 3.2.2 YSZ电解质层的制备
• 3.2.3 LSM阴极层的制备
• 3.2.4 电堆的制备与组装
• 3.2.5 电堆测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 微观结构
• 3.3.2 输出性能
• 3.4 小结
• 第四章 浸渍法制备管式固体氧化物燃料电池及其性能测试
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 单电池的制作与组装
• 4.2.2 单电池测试
• 4.3 短管SOFC性能
• 4.3.1 SEM分析
• 4.3.2 电池输出特性分析
• 4.3.3 阻抗谱分析
• 4.3.4 稳定性测试
• 4.4 长管SOFC性能
• 4.4.1 电池1 性能测试
• 4.4.2 电池2 性能测试
• 4.5 阳极电荷收集器的研究
• 4.5.1 阳极电荷收集器简介
• 4.5.2 单电池的制备与组装
• 4.5.3 结果与讨论
• 4.6 结论
• 第五章 PSZ支撑管式固体氧化物燃料电池
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 多孔支撑体的制备
• 5.2.2 电极与电解质层的制备
• 5.2.3 电池的组装与测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 答辩委员会对论文的评定意见