【摘要】：固體氧化物燃料電池(SOFC)由于燃料適用性廣、效率高、余熱利用價值高等優(yōu)點,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,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,實驗采用化學(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)計提供理論參考。實驗得出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,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 實驗方案第二章 實驗方案2.1 研究方案實驗研究 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]。實驗為制備磁性良好、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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本文編號：2696452