固體氧化物燃料電池(Solid oxide fuel cells,SOFC)直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,具有高效率、零污染、模塊化程度高、可持續(xù)使用等眾多優(yōu)點(diǎn),被稱為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色能源技術(shù)。傳統(tǒng)的SOFC多以金屬陶瓷(Ni-YSZ)作為支撐體,其材料成本高,結(jié)構(gòu)力學(xué)性能差,難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了SOFC的商業(yè)化。隨著SOFC低溫化,以及薄膜制備技術(shù)的快速發(fā)展,使得SOFC制備工藝不斷向著高效率、高水平方向發(fā)展,電池支撐體的原材料選擇范圍更為廣闊。將金屬材料作為SOFC的支撐體,不僅能夠提高陽(yáng)極的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能,實(shí)現(xiàn)電池快速啟動(dòng),而且有利于提高SOFC的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,改善機(jī)械加工性能。本文以NiO和Fe_2O_3為原始材料,采用流延-絲網(wǎng)印刷-共燒結(jié)-原位還原工藝制備Ni_(0.7)Fe_(0.3)合金支撐SOFC,以Ni-GDC為陽(yáng)極、GDC為電解質(zhì)、LSM-BSCF為陰極材料。對(duì)Ni_(0.7)Fe_(0.3)合金支撐體力學(xué)性能、與電池組件的熱匹配性、氧化還原性能進(jìn)行了研究。對(duì)添加10wt.%和2wt.%造孔劑的支撐體采用同軸環(huán)施力方式測(cè)試斷裂強(qiáng)度,應(yīng)用雙扭方法測(cè)試電池的斷裂韌性,結(jié)果表明燒結(jié)態(tài)支撐體斷裂強(qiáng)度為(33.41±0.55)MPa和(36.77±0.59)MPa,斷裂韌性為(8.75±0.41)MPa·m~(1/2)和(9.64±0.37)MPa·m~(1/2),還原之后支撐體的斷裂強(qiáng)度為(29.81±0.50)MPa和(32.61±0.60)MPa,斷裂韌性為(11.05±0.34)MPa·m~(1/2)和(13.21±0.4)MPa·m~(1/2)。Ni_(0.7)Fe_(0.3)合金支撐體在400~900°C的平均CET為14.8×10~-66 K~(-1)與電池的陽(yáng)極(Ni-GDC)和電解質(zhì)(GDC)具有良好的熱匹配性能,有利于提高電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Ni_(0.7)Fe_(0.3)合金支撐SOFC電化學(xué)分析表明,以潮濕的H_2作為燃料,在650℃電池的最大功率密度為0.567W·cm~(-2),相應(yīng)的阻抗譜分析表明,制約電池性能的主要因素是極化阻抗,以400mA cm~(-2)的電流密度進(jìn)行放電測(cè)試,電池穩(wěn)定運(yùn)行了60h,衰減速率約為0.63mV·h~(-1);MS-SOFC經(jīng)歷5次氧化還原循環(huán)和三次熱循環(huán)后,開路電壓發(fā)生微小的變化,而電池的最大功率密度下降較多。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM911.4
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 固體氧化物燃料電池
        1.2.1 SOFC工作原理
        1.2.2 SOFC的發(fā)展趨勢(shì)
    1.3 SOFC常見(jiàn)結(jié)構(gòu)
        1.3.1 平板型SOFC
        1.3.2 管型SOFC
    1.4 SOFC關(guān)鍵材料
        1.4.1 電解質(zhì)材料
        1.4.2 陽(yáng)極材料
        1.4.3 陰極材料
    1.5 MS-SOFC
        1.5.1 MS-SOFC設(shè)計(jì)理念
        1.5.2 MS-SOFC國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.6 研究?jī)?nèi)容及意義
第二章 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)所需試劑及設(shè)備
    2.2 粉體制備
        2.2.1 GDC粉體制備
        2.2.2 BSCF粉體制備
        2.2.3 LSM-BSCF復(fù)合粉體制備
    2.3 MS-SOFC制備及工藝
        2.3.1 金屬支撐體的制備
        2.3.2 單電池制備
    2.4 材料分析和表征方法
        2.4.1 物相分析（XRD）
        2.4.2 顯微形貌分析（SEM）
        2.4.3 孔隙率測(cè)量（Porosity）
        2.4.4 熱膨脹系數(shù)測(cè)量（CTE）
    2.5 金屬支撐體的力學(xué)性能測(cè)試
    2.6 MS-SOFC 電池測(cè)試
        2.6.1 MS-SOFC電池測(cè)試裝置
        2.6.2 電池電流-電壓測(cè)試
        2.6.3 交流阻抗譜測(cè)試
        2.6.4 電池穩(wěn)定性測(cè)試
第三章 金屬支撐體穩(wěn)定性研究
    3.1 金屬支撐體的表征
    3.2 不同造孔劑添加量對(duì)支撐體強(qiáng)度的影響
        3.2.1 不同造孔劑添加量對(duì)斷裂強(qiáng)度的影響
        3.2.2 不同造孔劑添加量對(duì)斷裂韌性的影響
    3.3 金屬支撐體的熱匹配性
    3.4 溫度對(duì)支撐體的氧化還原行為的影響
    3.5 本章小結(jié)
第四章 低溫MS‐SOFC的性能研究
    4.1 MS-SOFC單電池顯微結(jié)構(gòu)
    4.2 MS-SOFC電化學(xué)性能
        4.2.1 不同溫度下的輸出性能
        4.2.2 交流阻抗譜測(cè)試
        4.2.3 MS-SOFC開路電壓與溫度的關(guān)系
    4.3 MS-SOFC穩(wěn)定性測(cè)試
        4.3.1 MS-SOFC的放電性能
        4.3.2 MS-SOFC氧化還原循環(huán)性能
        4.3.3 MS-SOFC熱循環(huán)性能
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間參加科研情況及獲得的學(xué)術(shù)成果

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