H2S固体氧化物燃料电池阳极催化剂的制备及其性能研究

论文摘要

实验分别采用尿素-硝酸盐燃烧法和溶胶凝胶法制备H2S固体氧化物燃料电池的2类阳极催化剂，运用热重-差热、X射线衍射、耐硫性能测试等手段对2类催化剂进行表征，并筛选出2种合适的耐硫阳极催化剂，进行电催化性能研究，为H2S固体氧化物燃料电池耐硫阳极催化剂的研究提供选择。采用尿素-硝酸盐燃烧法制备3种阳极催化剂La0．75Sr0．25Cr0．5Fe0．5O3-δ、La0．75Sr0．25Cr0．5Co0．5O3-δ和La0．75Sr0．25Cr0．5Ni0．5O3-δ（分别记作LSCrF、LSCrC和LSCrN）。表征结果表明：3种催化剂热稳定性好，在900℃煅烧后，均形成典型的钙钛矿结构，均具较大的比表面。在500℃-850℃温度范围内，在同种气氛中，3种催化剂的电导率均随温度的升高而增大。相同条件下，3种催化剂的电导率大小顺序为LSCrF>LSCrC>LSCrN。催化剂LSCrF与电解质BCZY的化学相容性、耐硫性能均比催化剂LSCrC和LSCrN好。采用溶胶凝胶法制备3种Co-Mo（Co：Mo=1：1、2：1、2：3）催化剂。表征结果表明：3种催化剂热稳定性较好，但存在Mo升华的现象。在相同温度下，3种催化剂的电导率随钴含量的升高而升高，Co：Mo=2：1电导率最高，最大值可达0．82S·cm-1。催化剂Co：Mo=1：1与电解质的化学相容性较其它2者好。3种Co-Mo催化剂在H2S气氛中的稳定性均很好。从2类催化剂中筛选出性能较好的LSCrF催化剂、Co：Mo=2：3催化剂，作为阳极催化剂，结合电解质BCZY和阴极Ag，制备燃料电池A和燃料电池B。通过测定燃料电池电池A和燃料电池B在不同温度下的电化学性能；以及通过测定LSCrF催化剂、Co：Mo=2：3催化剂在不同温度下的极化过电位、计算出交换电流密度i0，来对催化剂的电催化性能进行研究。结果表明：在600℃-800℃温度范围内，随着温度的升高，LSCrF催化剂、Co：Mo=2：3催化剂的电催化性能随温度升高而增强；在相同的条件下，催化剂LSCrF的电催化性能比Co：Mo=2：3催化剂好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 燃料电池及其应用
• 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 燃料电池分类及其应用
• 2S固体氧化物燃料电池'>1.2 H₂S固体氧化物燃料电池
• 2S固体氧化物燃料电池研究背景及意义'>1.2.1 H₂S固体氧化物燃料电池研究背景及意义
• 2S固体氧化物燃料电池研究进展'>1.2.2 H₂S固体氧化物燃料电池研究进展
• 2S固体氧化物燃料电池阳极催化剂'>1.3 H₂S固体氧化物燃料电池阳极催化剂
• 1.3.1 电催化与电催化剂
• 1.3.2 固体氧化物燃料电池阳极催化剂
• 2S固体氧化物燃料电池阳极催化剂研究背景及意义'>1.3.3 H₂S固体氧化物燃料电池阳极催化剂研究背景及意义
• 2S固体氧化物燃料电池阳极催化剂研究进展'>1.3.4 H₂S固体氧化物燃料电池阳极催化剂研究进展
• 3基钙钛矿型阳极催化剂'>1.4 LaCrO₃基钙钛矿型阳极催化剂
• 1.5 Co-Mo系阳极催化剂
• 1.6 课题的主要研究内容
• 3基钙钛矿型阳极催化剂的制备与表征'>2 LaCrO₃基钙钛矿型阳极催化剂的制备与表征
• 2.1 实验制备
• 2.1.1 实验药品及设备
• 2.1.2 LSCrM催化剂的制备
• 2.1.3 LSCrM催化剂的表征方法
• 2.2 LSCrM催化剂的表征
• 2.2.1 LSCrM催化剂TG-DTA分析
• 2.2.2 LSCrM催化剂XRD分析
• 2.2.3 LSCrM催化剂比表面测试
• 2.2.4 LSCrM催化剂电导率测定
• 2.2.5 LSCrM催化剂化学相容性测试
• 2.2.6 LSCrM催化剂耐硫性能测试
• 2.3 本章小结
• 3 Co-Mo催化剂的制备与表征
• 3.1 实验制备
• 3.1.1 实验药品及设备
• 3.1.2 Co-Mo催化剂的制备
• 3.1.3 Co-Mo催化剂的表征方法
• 3.2 Co-Mo催化剂的表征
• 3.2.1 Co-Mo催化剂TG分析
• 3.2.2 Co-Mo催化剂XRD分析
• 3.2.3 Co-Mo催化剂SEM分析
• 3.2.4 Co-Mo催化剂电导率测定
• 3.2.5 Co-Mo催化剂化学相容性测试
• 3.2.6 Co-Mo催化剂耐硫性能测试
• 3.3 本章小结
• 4 阳极催化剂电催化性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验药品及设备
• 4.1.2 单体燃料电池的制备
• 4.1.3 阳极催化剂电催化性能测试
• 4.1.4 燃料电池脱硫性能测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 开路电压的理论计算
• 4.2.2 实验实测开路电压
• 4.2.3 阳极催化剂对电池电输出性能的影响
• 2S转化率的影响'>4.2.4 阳极催化剂对H₂S转化率的影响
• 4.3 本章小结
• 5 阳极催化剂电化学动力学研究
• 5.1 电极反应动力学
• 5.1.1 交换电流密度与电极极化
• 5.1.2 电极反应动力学方程
• 5.2 阳极催化剂的极化实验
• 5.3 阳极催化剂电化学动力学分析
• 5.3.1 阳极极化过电位
• 5.3.2 阳极催化剂交换电流密度
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录