固體氧化物電池（Solid Oxide Cells,SOCs）的高效能量轉(zhuǎn)化應(yīng)用分為兩種工作模式,一種是固體氧化物燃料電池（SOFC）,直接將燃料氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;另一種是固體氧化物電解電池（SOEC）,利用太陽能、風(fēng)能等清潔能源將水和二氧化碳高溫電解產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。原理上,SOEC與SOFC互為逆過程,兩種工作模式都具有能量轉(zhuǎn)換率高、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)。在SOFC中,當(dāng)以碳?xì)浠衔餅槿剂蠒r(shí),通過內(nèi)重整或外重整反應(yīng),以H2和(CO的混合氣在燃料極進(jìn)行電化學(xué)氧化反應(yīng);在SOEC中,H20和C02在燃料極發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng),生成H2和CO。這種氧化/還原反應(yīng)發(fā)生在燃料極的表面（電解質(zhì)-氣相兩相界面,2PB）和界面（催化劑-電解質(zhì)-氣相三相界面,3PB）,其中表面的微觀反應(yīng)過程研究較多,而界面處的微觀反應(yīng)過程仍有待深入研究。當(dāng)燃料極為復(fù)相結(jié)構(gòu)時(shí),界面處的電化學(xué)反應(yīng)活性對(duì)電極性能起著至關(guān)重要的作用,因此正確理解燃料極界面處的微觀反應(yīng)過程,為電池性能計(jì)算,提高電極壽命,探索和制備新型高性能燃料極材料等提供基礎(chǔ)。本論文主要研究H2/H20和<CO/<CO2在燃料極界面處的電化學(xué)轉(zhuǎn)... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２固體氧化物電池的兩種運(yùn)行模式ＳＯＦＣ和ＳＯＥＣ的工作原理??

氧化氣流速足夠高，這時(shí)各氣體組分分壓是恒定的，則Ｎｅｒｎｓｔ電勢(shì)￡也是恒定??的，不是電流密度的函數(shù)。如果各氣體組分是變化的，則開路電壓ＯＣＶ本身應(yīng)??當(dāng)作為電流密度的函數(shù)處理。圖１．３給出了一個(gè)典型的電池電壓隨電流密度變化??的極化曲線。在電流密度較低時(shí)，通常以活化極化為主，此時(shí)反應(yīng)氣在電解質(zhì)－??電極界面處的反應(yīng)活性為電極反應(yīng)的控制步驟；電流密度較高時(shí)，則以濃差極化??為主，此時(shí)反應(yīng)氣向電解質(zhì)－電極界面的擴(kuò)散成為電極反應(yīng)的控制步驟。??＼?Ｓ?■＊—ｓ歐姆損夬??］??置敗?「極化損人??歐媽極化??濃箜極�。�?、“??電流芾１４??圖１．３?ＳＯＣ體系各種極化影響的電壓與電流密度的關(guān)系示意圖??當(dāng)外電路接上負(fù)載時(shí)，就會(huì)存在一個(gè)有限的、非零電流通過電路。當(dāng)給定電流密??度為／時(shí)，假如所加外部負(fù)載的電壓為Ｆ（％），電壓損失為ｖｆｌ），則??Ｅ?＝?Ｆ（〇?＋?？７（〇?（１．５）??當(dāng)電解質(zhì)兩側(cè)氣體流速足夠高時(shí)，五為恒定值，反之，￡將是電流密度的函數(shù)，??所以??￡（ｉ）?＝?Ｖ（ｉ）?＋?７７（１）?（１．６）??其中電壓損失／／悶也是極化損失，是電流密度的函數(shù)，它與電池在一定電流下出??現(xiàn)的各種極化現(xiàn)象有關(guān)

??圖１．４不同燒結(jié)溫度下的ＹＳＺ晶粒大小增長示意圖［１８］??（２）?Ｃｅ０２基電解質(zhì)??摻雜氧化鈰由于其在中低溫度下具有良好的性能而被廣泛用于電解質(zhì)材料??［１４，?２２，?２３］。純Ｃｅ０２為螢石結(jié)構(gòu)，但是其氧空位濃度較低不利于氧離子的傳導(dǎo)。??通過摻雜可以顯著提高Ｃｅ０２的電導(dǎo)率，且電導(dǎo)率與摻雜元素的種類和含量有關(guān)，??在所有摻雜體系中，Ｇｄ３＋和Ｓｍ３＋摻雜的Ｃｅ０２的電導(dǎo)率最高［２４－２６］，如圖１．５所??不。??〇?．?Ｇｄ＾?Ｓｍ５＊?ｃ?３＋?ｄｏｐａｎｔ?Ｉｏｎｓ??ｕ＇?？?２＋?ｄｏｐａｎｔ?ｉｏｎｓ??－１．５－?Ｈ〇＞Ｙ?戶?＇??！?＊２－０：?／?＼??ｒ２５：?／?＼?！??－３．０－?＼Ｂａ：－??１：｜?，ｃｅｒ???０．８?０．９?１．０?１．１?１．２?１３?１．４?１．５??Ｄｏｐａｎｔ?ｉｏｎｉｃ?ｒａｄｉｕｓ?［Ａ］??圖１．５不同素?fù)诫s元素離子半徑對(duì)Ｃｅ０２電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響??摻雜Ｃｅ０２的缺陷方程如下：??Ｃｃ〇２?Ｉ??Ｒ２０３?—＾２ＲＣｅ?＋?３０＾?＋?Ｖ〇?（１－１４）??從上式可以看到，當(dāng)摻雜元素含量增加時(shí)，氧空位濃度也隨之增加，則電導(dǎo)率也??會(huì)增加，但是過量摻雜會(huì)導(dǎo)致?lián)诫s的元素與氧空位相互蒂合而降低氧離子遷移速??率，不利于Ｃｅ０２Ｗ離子電導(dǎo)性能，一般情況下１０－２０％ｍｏｌ的摻雜量為最佳。與??Ｚｒ０２基電解質(zhì)相比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]LSM-YSZ nano-composite cathode with YSZ interlayer for solid oxide fuel cells[J]. Zhongbo Liu,Zhe Zhao,Lei Shang,Dingrong Ou,Daan Cui,Baofeng Tu,Mojie Cheng.  Journal of Energy Chemistry. 2017(03)



本文編號(hào)：3292015