發(fā)布時(shí)間：2022-01-26 04:00

　　固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell,簡(jiǎn)稱SOFC）是一款高能效、零污染有極大應(yīng)用前景的新型能源轉(zhuǎn)換裝置。SOFC在經(jīng)過(guò)氧化還原循環(huán)后微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,對(duì)電池整體結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性產(chǎn)生了不可逆的有害影響。本文結(jié)合掃描電鏡、透射電鏡、X射線微米CT技術(shù)等手段,通過(guò)對(duì)單層陽(yáng)極電池抗氧化性的分析,研究了燃料電池的應(yīng)變累積引發(fā)的電解質(zhì)開裂,討論了Ni-YSZ（鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯）陽(yáng)極電池在氧化還原過(guò)程中Ni的擴(kuò)散機(jī)制。主要結(jié)果如下:1.利用氧化還原熱循環(huán)反應(yīng)過(guò)程模擬電池運(yùn)行,即Ni-YSZ陽(yáng)極在冷卻中重復(fù)氧化和在加熱過(guò)程中還原。觀察SOFC半電池陽(yáng)極層Ni和電解質(zhì)反應(yīng)前后微觀形貌和能譜變化,并結(jié)合物相分析、殘余應(yīng)力、熱膨脹等方面對(duì)燃料電池進(jìn)行了研究。結(jié)果表明Ni-YSZ陽(yáng)極中的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,如Ni顆粒會(huì)聚,電解質(zhì)開裂等,性能劣化明顯。2.在氧化還原熱循環(huán)過(guò)程中,看到在氧化過(guò)程中Ni的遷移率比氧快,氧化鎳會(huì)形成絮狀結(jié)構(gòu),YSZ是氧導(dǎo)體材料,里面會(huì)有大量的氧空位,同時(shí)由于YSZ的結(jié)構(gòu)特性,在多晶的界面附近會(huì)有團(tuán)簇或者缺陷富集（Y元素?fù)诫s富集和氧空位富集）。在氧化過(guò)程... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：60 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同溫度下NiO-YSZ還原過(guò)程中被還原層厚度與時(shí)間的關(guān)系[28]

固體氧化物燃料電池氧化還原性能研究圖1.3NiO空氣中氧化質(zhì)量在不同溫度下隨log（t）變化關(guān)系[29]1.5本文的主要工作和內(nèi)容安排本文主要工作是利用掃描電子顯微鏡配合能譜儀，得到固體氧化物燃料電池Ni-YSZ復(fù)合陽(yáng)極的微觀形貌結(jié)構(gòu)信息，并在其表面做元素的面、線分布分析，得出微區(qū)成分元素種類與含量分析。同時(shí)結(jié)合透射電子顯微鏡和高分辨率3DX射線顯微鏡，由三維重構(gòu)技術(shù)得出固體氧化物燃料電池Ni-YSZ復(fù)合陽(yáng)極的三維立體結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)表面到內(nèi)部單層陽(yáng)極電池抗氧化性的分析，研究燃料電池的應(yīng)變累積可引發(fā)電解質(zhì)的開裂，并且討論Ni-YSZ陽(yáng)極電池在氧化還原過(guò)程中Ni的擴(kuò)散機(jī)制。本文研究?jī)?nèi)容安排如下：1.概述研究背景及意義，固體氧化物燃料電池的發(fā)展歷程、不足及未來(lái)的發(fā)展前景。說(shuō)明燃料電池的材料結(jié)構(gòu)組成、及作用機(jī)理，從反應(yīng)原理層面解釋了氧化還原反應(yīng)的不穩(wěn)定性和對(duì)材料性能的不可逆影響。介紹燃料電池現(xiàn)階段的研究近況，針對(duì)鎳基燃料電池在熱循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的不穩(wěn)定性，本文展開實(shí)驗(yàn)論證。2.介紹陽(yáng)極支撐固體氧化物燃料電池的測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)條件，建立氧化還原反應(yīng)氣體的熱流場(chǎng)，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究SOFC半電池樣品在800℃穩(wěn)定條件下經(jīng)歷多次熱循環(huán)后的結(jié)構(gòu)性能變化及鎳的擴(kuò)散分布情況。3.在氧化還原反應(yīng)過(guò)程后對(duì)SOFC表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。4.利用高分辨率3DX射線顯微鏡分別對(duì)氧化還原反應(yīng)前后SOFC的三維立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究并分析燃料電池陽(yáng)極和電解質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的原因和Ni相擴(kuò)散的方向及擴(kuò)散機(jī)理。

SOFC簡(jiǎn)介[31]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]固體氧化物燃料電池La0.9Ca0.1Fe1–xNbxO3–δ陽(yáng)極的制備及性能[J]. 李炳穎,朱玥,劉瑞蕊,楊彤巖,王忠瑞,劉立敏.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2019(03)
[2]無(wú)碳能源:太陽(yáng)氫[J]. 毛宗強(qiáng).  百科知識(shí). 2009(18)

博士論文
[1]燃料電池膜系結(jié)構(gòu)氧化還原性能研究[D]. 王霞.西北工業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于X射線CT技術(shù)研究Ni-YS陽(yáng)極內(nèi)部結(jié)構(gòu)和氣體擴(kuò)散反應(yīng)[D]. 郭鵬飛.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3609772