發(fā)布時(shí)間：2021-08-06 22:53

　　燃料電池被認(rèn)為是解決日益嚴(yán)重的全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的有效的解決方案,它是一種可以直接將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置,有低污染、高轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池（SOFC）使用釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）作為電解質(zhì),其工作溫度高達(dá)800-1000°C,其成本高,材料易退化,而且有不同層間熱膨脹失配等問(wèn)題,為了避免這些問(wèn)題,就要降低操作溫度。中溫質(zhì)子傳導(dǎo)固體氧化物燃料電池現(xiàn)如今得到了廣泛的關(guān)注,開(kāi)發(fā)合適的電解質(zhì)和陰極材料用于質(zhì)子傳導(dǎo)固體氧化物燃料電池（H⁺-SOFC）至關(guān)重要�；谏鲜隹紤],我們研究了質(zhì)子傳導(dǎo)的H⁺-SOFC電解質(zhì)及陰極材料,考察了它們作為H⁺-SOFC電解質(zhì)和陰極材料的可行性。研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:通過(guò)固相法合成了BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.2-xZn_xO_3-δ（x=0.05,0.10）電解質(zhì),研究了不同的ZnO含量對(duì)BZCY7電解質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)以及電導(dǎo)率、熱膨脹和致密性的影響... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

H2作為燃料O-SOFC的工作原理示意圖

第一章前言4圖1.2H2作為燃料H+-SOFC的工作原理示意1.2.3質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)制鈣鈦礦型（ABO3）質(zhì)子導(dǎo)體，是以質(zhì)子為載流體，因其在中溫下具有低的活化能和高的質(zhì)子電導(dǎo)率而受到普遍關(guān)注。1981年H.Iwahara等人報(bào)道了SrCeO3基材料在高溫下的氫氣環(huán)境中或水的環(huán)境具有極好質(zhì)子導(dǎo)電性[3]。材料中質(zhì)子缺陷的形成，是因?yàn)樵阝}鈦礦材料中，通過(guò)摻雜產(chǎn)生氧空位，在氫氣或水蒸氣條件下，水分解成一個(gè)OH和一個(gè)質(zhì)子，OH填補(bǔ)了氧化物離子的空位，而質(zhì)子與晶格氧形成共價(jià)鍵，形成兩個(gè)帶正電荷的質(zhì)子缺陷(OOH)，這個(gè)反應(yīng)表示為：22()OOOHOOVOH質(zhì)子傳導(dǎo)的過(guò)程很復(fù)雜，它的傳導(dǎo)機(jī)制有多種說(shuō)法，目前Grotthuss機(jī)制擴(kuò)散普遍被人們接受。在鈣鈦礦氧化物中，質(zhì)子可以通過(guò)與氧結(jié)合形成質(zhì)子缺陷(OOH)，并通過(guò)Grotthuss機(jī)制擴(kuò)散，其過(guò)程如下：(1)質(zhì)子摻入；(2)旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散；(3)向鄰近氧的轉(zhuǎn)移。在H+-SOFC的電解質(zhì)材料中，摻雜BaCeO3和BaZrO3材料因其快速的質(zhì)子傳輸而被認(rèn)為是兩個(gè)最有前途的H+-SOFC應(yīng)用材料。BaCeO3基材料具有高導(dǎo)電性，但穩(wěn)定性有限，特別是在含有水蒸汽或二氧化碳的環(huán)境中[4,5]。BaZrO3電解

第一章前言6mWcm-2的峰值功率密度。Sr2Fe1.5Mo0.5O3-δ(SFM)-BZCY復(fù)合作為復(fù)合陰極材料，在800°C時(shí)取得了396mWcm-2的峰值功率密度。復(fù)合陰極材料反應(yīng)時(shí)，三相界面被延伸到整個(gè)陰極界面，這極大地促進(jìn)了質(zhì)子和氧的傳遞和反應(yīng)，增強(qiáng)了H+-SOFC的電化學(xué)性能，導(dǎo)致極化電阻很小，圖1.3（d）為反應(yīng)過(guò)程示意圖。實(shí)際上，由于復(fù)合陰極的導(dǎo)電性質(zhì)，也可以視作是電子和質(zhì)子的混合導(dǎo)電體。然而，復(fù)合陰極考慮到材料的兼容性，極有可能互相發(fā)生反應(yīng)，并且還限制氧還原活性位點(diǎn)[9-11]。近年來(lái)三相導(dǎo)電(H+/O2/e)材料被人們提出來(lái)用來(lái)替代復(fù)合電極[12]，如BaZr0.1Co0.4Fe0.4Y0.1O3-δ和NdBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ[13],但這種類型的電極含有Co元素，成本高而且熱膨脹系數(shù)也高。因此，開(kāi)發(fā)高性能的無(wú)鈷離子陰極材料用于H+-SOFC是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)。在2010年Liu等人首次提出Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ(SFM)作為無(wú)鈷混合離子導(dǎo)電的陰極材料，在氧化還原條件下，具有良好的電化學(xué)活性和穩(wěn)定性。最近，AnaB.等人通過(guò)第一性原理計(jì)算（DFT）報(bào)道了SFM通過(guò)a位點(diǎn)摻雜離子半徑較大的陽(yáng)離子[12]，如Ba2+或K+，構(gòu)成Sr1.75K0.25Fe1.5Mo0.5O6-δ或Sr1.75Ba0.25Fe1.5Mo0.5O6-δ陰極材料，具有三重導(dǎo)電性能，能夠促進(jìn)質(zhì)子的遷移。圖1.3不同陰極材料反應(yīng)過(guò)程示意圖


本文編號(hào)：3326630