固體氧化物燃料電池的性能退化模擬與抗積碳陽極設(shè)計
發(fā)布時間：2021-04-12 21:54
固體氧化物燃料電池（SOFC）作為一種新能源技術(shù),能夠直接將燃料中的化學能轉(zhuǎn)換為電能,具有能量效率高、污染排放小、燃料選擇性多等優(yōu)勢,有著廣闊的發(fā)展前景。由于SOFC工作在高溫（600-1000攝氏度）下,電池材料的退化也變得更加顯著,由此導致的長期穩(wěn)定性不足是阻礙SOFC商業(yè)化的一大障礙,成為了研究的熱點之一。實驗方法是SOFC研究的基礎(chǔ),但由于其存在耗時長、花費高等特點,因此理論計算與數(shù)值模擬逐漸成為了有效的補充方式。理論計算與數(shù)值模擬效率較高而且成本低,可以深入地分析電池材料的微觀結(jié)構(gòu)與有效性質(zhì)的關(guān)系,考察微結(jié)構(gòu)的改變對于電池性能的影響,為材料結(jié)構(gòu)演變導致的性能退化提供具體信息,進而協(xié)助材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。數(shù)值模擬還能提供電池內(nèi)部的組分、電流等的分布情況,為電池結(jié)構(gòu)與工作條件的設(shè)計與優(yōu)化提供支持,對于SOFC技術(shù)的發(fā)展具有重要的價值。本博士學位論文的主要工作是通過模擬仿真技術(shù)研究由于材料性質(zhì)變化而導致的SOFC長期性能的退化。下面對于各個章節(jié)的主要內(nèi)容進行簡單的介紹。第一章首先介紹了 SOFC的發(fā)展歷史以及未來的前景,指出了 SOFC技術(shù)的優(yōu)勢與缺點,之后詳盡的介紹了 SOFC的幾何...
【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：133 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?２０１１年中國能源消費結(jié)構(gòu)［２］??
１．２燃料電池的發(fā)展狀況??作為一項新能源技術(shù)，燃料電池的歷史其實非常悠久。歷史上的第一塊燃料??電池出現(xiàn)于１８３９年，如圖１．２所示，當時它被稱為“氣體伏打電池”。英國科學??家格羅夫發(fā)明了這種電池，他將兩個柏電極各自放于充滿了氧氣和氫氣的試管中，??然后將兩個試管浸入稀硫酸溶液中，在室溫下獲得了微弱的電流。單個伏打電池??的輸出電壓約為０．５Ｖ，通過將數(shù)個電池串聯(lián)以提高輸出電壓，格羅夫成功實現(xiàn)??了水的電解。燃料電池問世后并未受到太多的關(guān)注，直到１９５９年，英國人培根??發(fā)明了堿性燃料電池，并且組裝了?５ｋＷ功率的燃料電池組，燃料電池才又一次??進入科研界的視野。１９６２年，美國通用電氣公司成功研制出質(zhì)子交換膜燃料電??池（ＰＥＭＦＣ），被美國航空航天局選中作為雙子星座飛船的主電源。之后，惠??特尼公司成功改進了培根堿性燃料電池
一、陰極材料??在ＳＯＦＣ中，陰極主要起到輸運空氣、催化電極反應(yīng)、傳導電流等作用，在??陰極支撐型ＳＯＦＣ中，陰極還要擔負起對整個ＳＯＦＣ電池結(jié)構(gòu)的支撐作用。??研究結(jié)果表明，在ＳＯＦＣ中氧氣的電化學反應(yīng)是燃料電池活化極化的主要來??源，對于電池的電化學性能起到了直接制約作用，因此陰極材料的選擇是十分重??要的［２（＞２２］。陰極材料必須具有較強的對氧氣還原的電化學催化能力，從而降低電??池的活化損耗，提高電池性能。陰極材料還需要有較高的電導率，以降低電池的??歐姆損耗。由于ＳＯＦＣ的工作溫度較高，陰極材料必須在氧化氣氛中具有較好的??化學穩(wěn)定性，在維持自身穩(wěn)定性的同時也不能與相鄰材料發(fā)生化學反應(yīng)，并且陰??極材料還應(yīng)與相鄰結(jié)構(gòu)的材料具有相似的熱膨脹系數(shù)，從而避免因為熱脹冷縮導??致的分層、脫離等機械損傷。??目前主流的陰極電極材料為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物，其中最常見的陰極材料是??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Electrochemical Properties of Tubular SOFC Based on a Porous Ceramic Support Fabricated by Phase-Inversion Method[J]. Zongying Han,Yuhao Wang,Zhibin Yang,Minfang Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
[2]低溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料[J]. 韓達,吳天植,辛顯雙,王紹榮,占忠亮. 中國工程科學. 2013(02)
[3]車用燃料電池耐久性的解決策略[J]. 衣寶廉,侯明. 汽車安全與節(jié)能學報. 2011(02)
[4]低溫固體氧化物燃料電池[J]. 章蕾,夏長榮. 化學進展. 2011(Z1)
[5]以活性炭為燃料的固體氧化物燃料電池(英文)[J]. 唐玉寶,劉江. 物理化學學報. 2010(05)
[6]中溫SOFC密封玻璃熱穩(wěn)定性研究[J]. 彭練,朱慶山,謝朝暉,黃文來. 無機材料學報. 2006(04)
本文編號：3134048
【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：133 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?２０１１年中國能源消費結(jié)構(gòu)［２］??
１．２燃料電池的發(fā)展狀況??作為一項新能源技術(shù)，燃料電池的歷史其實非常悠久。歷史上的第一塊燃料??電池出現(xiàn)于１８３９年，如圖１．２所示，當時它被稱為“氣體伏打電池”。英國科學??家格羅夫發(fā)明了這種電池，他將兩個柏電極各自放于充滿了氧氣和氫氣的試管中，??然后將兩個試管浸入稀硫酸溶液中，在室溫下獲得了微弱的電流。單個伏打電池??的輸出電壓約為０．５Ｖ，通過將數(shù)個電池串聯(lián)以提高輸出電壓，格羅夫成功實現(xiàn)??了水的電解。燃料電池問世后并未受到太多的關(guān)注，直到１９５９年，英國人培根??發(fā)明了堿性燃料電池，并且組裝了?５ｋＷ功率的燃料電池組，燃料電池才又一次??進入科研界的視野。１９６２年，美國通用電氣公司成功研制出質(zhì)子交換膜燃料電??池（ＰＥＭＦＣ），被美國航空航天局選中作為雙子星座飛船的主電源。之后，惠??特尼公司成功改進了培根堿性燃料電池
一、陰極材料??在ＳＯＦＣ中，陰極主要起到輸運空氣、催化電極反應(yīng)、傳導電流等作用，在??陰極支撐型ＳＯＦＣ中，陰極還要擔負起對整個ＳＯＦＣ電池結(jié)構(gòu)的支撐作用。??研究結(jié)果表明，在ＳＯＦＣ中氧氣的電化學反應(yīng)是燃料電池活化極化的主要來??源，對于電池的電化學性能起到了直接制約作用，因此陰極材料的選擇是十分重??要的［２（＞２２］。陰極材料必須具有較強的對氧氣還原的電化學催化能力，從而降低電??池的活化損耗，提高電池性能。陰極材料還需要有較高的電導率，以降低電池的??歐姆損耗。由于ＳＯＦＣ的工作溫度較高，陰極材料必須在氧化氣氛中具有較好的??化學穩(wěn)定性，在維持自身穩(wěn)定性的同時也不能與相鄰材料發(fā)生化學反應(yīng)，并且陰??極材料還應(yīng)與相鄰結(jié)構(gòu)的材料具有相似的熱膨脹系數(shù)，從而避免因為熱脹冷縮導??致的分層、脫離等機械損傷。??目前主流的陰極電極材料為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物，其中最常見的陰極材料是??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Electrochemical Properties of Tubular SOFC Based on a Porous Ceramic Support Fabricated by Phase-Inversion Method[J]. Zongying Han,Yuhao Wang,Zhibin Yang,Minfang Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
[2]低溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料[J]. 韓達,吳天植,辛顯雙,王紹榮,占忠亮. 中國工程科學. 2013(02)
[3]車用燃料電池耐久性的解決策略[J]. 衣寶廉,侯明. 汽車安全與節(jié)能學報. 2011(02)
[4]低溫固體氧化物燃料電池[J]. 章蕾,夏長榮. 化學進展. 2011(Z1)
[5]以活性炭為燃料的固體氧化物燃料電池(英文)[J]. 唐玉寶,劉江. 物理化學學報. 2010(05)
[6]中溫SOFC密封玻璃熱穩(wěn)定性研究[J]. 彭練,朱慶山,謝朝暉,黃文來. 無機材料學報. 2006(04)
本文編號：3134048
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