發(fā)布時(shí)間：2020-06-04 13:23

【摘要】：固體氧化物燃料電池(SOFC)由于燃料適用性廣、效率高、余熱利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn),受到越來越多的關(guān)注。Ni-Fe多孔合金具有高導(dǎo)電、高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn),是極具發(fā)展?jié)摿Φ腟OFC陽極材料。本文為了提高SOFC單電池的功率密度,使用XRD,SEM,孔隙率測試等表征手段考察了其結(jié)構(gòu)和微觀形貌,實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)共沉淀法制備陽極材料,研究Ni-Fe含量和制備工藝對陽極結(jié)構(gòu)的影響。由于SOFC工作溫度太高,工作狀態(tài)下陽極內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)過程難以觀察。本文建立Ni-Fe多孔合金陽極支撐型SOFC數(shù)學(xué)模型,采用電化學(xué)動力學(xué)方程和質(zhì)量、能量、動量、電荷守恒方程描述電池內(nèi)的流動、傳熱和化學(xué)組分傳遞等物理過程。耦合濃物質(zhì)傳遞、二次電流、化學(xué)反應(yīng)、自由多孔介質(zhì)流動和多孔介質(zhì)傳熱過程,采用經(jīng)驗(yàn)證后的模型研究陽極內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)過程和陽極結(jié)構(gòu)參數(shù)對電池輸出性能的影響,為燃料電池陽極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論參考。實(shí)驗(yàn)得出Ni-Fe支撐層的最佳配比為:Ni O+10 wt.%Fe_2O_3,最佳燒結(jié)和還原溫度分別為1450~o C和650~o C。當(dāng)燒結(jié)溫度超過1500~o C時(shí)樣品出現(xiàn)變形并有明顯裂縫,當(dāng)還原溫度超過750~o C時(shí)樣品出現(xiàn)裂縫。通過模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),使用SOFC單電池作為模型時(shí),其溫度由進(jìn)口側(cè)沿氣體流動方向逐漸升高,在單電池中后部溫度達(dá)到最高,出口側(cè)溫度稍有降低;在SOFC陽極中的甲烷重整反應(yīng)主要發(fā)生在陽極底部靠近氣體通道的區(qū)域,為電化學(xué)反應(yīng)提供H_2的同時(shí)也會消耗電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的H_2O和熱量;燃料氣體中CH_4、CO、H_2的濃度沿氣體流動方向減少,而CO_2、H_2O的濃度分布與CO和H_2相反。在電池厚度方向上,由于受到多孔介質(zhì)傳質(zhì)阻力的影響,氣體濃度會稍有下降;對比三種燃料氣體發(fā)現(xiàn)減小陽極功能層孔隙率、增大陽極支撐層孔隙率和減小陽極支撐層厚度都可以在一定程度上提高SOFC的功率密度,而優(yōu)化陽極支撐層結(jié)構(gòu)參數(shù)可使陽極濃度極化減小。
【圖文】：

第二章 實(shí)驗(yàn)方案第二章 實(shí)驗(yàn)方案2.1 研究方案實(shí)驗(yàn)研究 SOFC 的陽極 Ni/Fe 含量、制備工藝參數(shù)等對陽極孔隙率、比表面積的影響。迄今為止，有很多種方法可以制備 SOFC 材料，其中最為常用的方法有水熱合成法、固相法和化學(xué)共沉淀法等等[67]。實(shí)驗(yàn)為制備磁性良好、顆粒尺寸均勻的陽極粉體材料，采用化學(xué)共沉淀法制備 SOFC 陽極材料。試驗(yàn)流程如圖 2.1 所示。

第二章 XRD 圖譜。從圖 2.2 中可以看出，高溫?zé)Y(jié)后的樣品僅包含 NiO 或e2O4的兩相復(fù)合結(jié)構(gòu)，且隨著樣品中 Fe 含量的增加，NiO 的峰強(qiáng)度 700oC 氫氣還原后的樣品 XRD 圖譜如圖 2.3 所示只有 Ni 的衍射峰e 已經(jīng)進(jìn)入了 Ni 的晶格結(jié)構(gòu)，形成了具有面心立方結(jié)構(gòu)的 Ni-Fe 合樣品中 Fe 含量的增加，衍射峰的 2θ向小角度發(fā)生偏移，，并且在圖氧化物，這說明樣品已經(jīng)充分還原。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM911.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 王德震;左薇;張軍;吳曉燕;孔曉偉;;生物氣及其電池尾氣SOFC放電性能研究[J];當(dāng)代化工;2015年09期

2 于鋒;朱明遠(yuǎn);王緒根;王剛;祁佩榮;陳冬;代斌;;清潔能源與儲能研究發(fā)展前瞻——第二屆國際清潔能源會議評述[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2014年05期

3 ;寧波材料所SOFC電堆模塊研發(fā)取得全面提升[J];硅酸鹽通報(bào);2013年06期

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5 王玲;曾燕偉;蔡銅祥;;固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的研究進(jìn)展[J];電池;2012年03期

6 劉忻;;固體氧化物燃料電池陽極材料研究進(jìn)展[J];陶瓷學(xué)報(bào);2011年03期

7 孫帆;鄭勇;高小龍;王秋紅;;固體氧化物燃料電池電解質(zhì)和電極材料的研究進(jìn)展[J];金屬功能材料;2010年04期

8 李彥;余春江;方夢祥;許祝安;駱仲泱;岑可法;;Ni-SDC固體氧化物燃料電池陽極的合成和性質(zhì)[J];中國稀土學(xué)報(bào);2006年01期

9 江億,薛志峰,曾劍龍,耿克成,姜子炎;清華大學(xué)超低能耗示范樓[J];暖通空調(diào);2004年06期

10 V.哈特科普夫,潘毅群,吳剛,R.布萊姆;固體氧化物燃料電池在建筑冷熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用[J];暖通空調(diào);2003年01期

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3 孔為;固體氧化物燃料電池和磁控濺射陰極的理論分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

4 李建芬;生物質(zhì)催化熱解和氣化的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];華中科技大學(xué);2007年

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本文編號：2696452