燃料電池與鋰離子電池中物質(zhì)傳輸?shù)南嚓P(guān)研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-08 13:40
固體氧化物燃料電池和鋰離子電池分別是重要的能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能裝置。在能量的轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存過(guò)程中涉及到最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是化學(xué)物質(zhì)的傳輸,研究清楚燃料電池與鋰離子電池中物質(zhì)傳輸?shù)南嚓P(guān)問(wèn)題十分重要。在固體氧化物燃料電池中主要涉及氧負(fù)離子在固體電解質(zhì)中傳導(dǎo)和燃料氣體在多孔電極中的擴(kuò)散,而在鋰離子電池中的傳輸主要涉及鋰離子在固態(tài)電極中的嵌入和脫嵌反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。通過(guò)提升固體氧化物燃料電池的工作溫度（>800 oC）可以確保氧負(fù)離子在固體電解質(zhì)中有較高的電導(dǎo)率。但是高操作溫度會(huì)增加材料設(shè)備的成本,減少工作壽命,阻礙了固體氧化物燃料電池的發(fā)展。最近研究發(fā)現(xiàn)引入界面應(yīng)變是一種提升固體氧化物燃料電池電解質(zhì)離子電導(dǎo)率和降低其工作溫度的有效方法。但是目前只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算機(jī)模擬得到一些零散的數(shù)據(jù),界面應(yīng)變與離子電導(dǎo)率之間定量的關(guān)系表達(dá)式仍然不清楚。本文建立了應(yīng)變與離子電導(dǎo)率之間的定量關(guān)系表達(dá)式,并將其應(yīng)用到常用的ZrO2基和CeO2基電解質(zhì)中,得到的結(jié)果與相應(yīng)的結(jié)果一致。此外,燃料氣體在多孔電極中的傳輸性質(zhì)與多孔電極的微結(jié)構(gòu)相關(guān)。界面應(yīng)變和熱膨...
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
WilliamGrove的燃料電池早期草圖
1-3 影響應(yīng)變的因素。（a）界面結(jié)構(gòu)與晶格失配的關(guān)系[15]；（b）晶格應(yīng)變與GDC 膜厚度的關(guān)系[16] 應(yīng)變對(duì)氧空位形成的影響格應(yīng)變可以改變氧空位的濃度，通過(guò)公式（1-2）可計(jì)算氧空位的形成2f V 01+2OE E E Ev表示具有一個(gè)氧空位的系統(tǒng)能量，E0表示沒(méi)有任何氧空位時(shí)的系O2的總能量[17]�；诘仁剑�1-2），Kushima 等人[18]采用第一原理計(jì)算 LaCoO3內(nèi)部和表面氧空位形成的影響。圖 1-4（a）所示，隨著晶格.02 并且在 0.03< <0.10 時(shí)，在 LaCoO3內(nèi)部氧空位形成能幾乎線(xiàn)性下 0.03 和 0.11 時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)明顯的逆轉(zhuǎn)。第一次逆轉(zhuǎn)是因?yàn)閺牡妥孕龖B(tài)的自旋過(guò)渡。第二次逆轉(zhuǎn)是由于兩個(gè)最近鄰 Co-O 鍵斷裂導(dǎo)致的圖 1-4（b）所示，Co 的 d 軌道與 O 的 p 軌道之間的雜化在 0< <0.00 時(shí)降低。與體相 LaCoO相比，由于缺乏自旋態(tài)躍遷，表面僅呈現(xiàn)
圖 1-4 應(yīng)變對(duì)形成能影響。（a）LaCoO3體（紅色圓圈）和表面（藍(lán)色方塊）與晶格應(yīng)變的氧空位形成能；（b）價(jià)電子對(duì)晶格應(yīng)變的電子電荷密度分布，大球是Co，小球是 O 原子[18]Donner 等人[19]發(fā)現(xiàn)拉伸應(yīng)變可以降低 La0.5Sr0.5CoO3- （LSC）中氧空位的形。LSC 的應(yīng)變和形成能的相關(guān)性與 LaCoO3中空位形成能的下降趨勢(shì)一致。然而aCoO3中氧空位形成能的變化比 LSC 中更為明顯。此外，DFT 模擬結(jié)果顯示在％應(yīng)變 LSC 表面上氧空位的形成能減少 0.43eV，與有-1.9％壓縮應(yīng)變的相比減 0.43eV。Cai 等人[20]認(rèn)為，這種差異可能是由 Sr 元素?fù)诫s引起的表面電子結(jié)復(fù)雜變化引起的。他們基于高溫和晶格應(yīng)變狀態(tài)的影響探測(cè)了 LSC 表面電子的變化，發(fā)現(xiàn)拉伸應(yīng)變可以使 LSC 表面電子 DOS 顯著增加至費(fèi)米能級(jí)，從而氧氣具有高活性表面減少。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題(ⅫⅠ)——電化學(xué)測(cè)量方法[J]. 凌仕剛,吳嬌楊,張舒,高健,王少飛,李泓. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2015(01)
[2]鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定方法[J]. 王先友,朱啟安,張?jiān)适?袁華堂,閻杰,宋德瑛. 電源技術(shù). 1999(06)
本文編號(hào)：2905183
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
WilliamGrove的燃料電池早期草圖
1-3 影響應(yīng)變的因素。（a）界面結(jié)構(gòu)與晶格失配的關(guān)系[15]；（b）晶格應(yīng)變與GDC 膜厚度的關(guān)系[16] 應(yīng)變對(duì)氧空位形成的影響格應(yīng)變可以改變氧空位的濃度，通過(guò)公式（1-2）可計(jì)算氧空位的形成2f V 01+2OE E E Ev表示具有一個(gè)氧空位的系統(tǒng)能量，E0表示沒(méi)有任何氧空位時(shí)的系O2的總能量[17]�；诘仁剑�1-2），Kushima 等人[18]采用第一原理計(jì)算 LaCoO3內(nèi)部和表面氧空位形成的影響。圖 1-4（a）所示，隨著晶格.02 并且在 0.03< <0.10 時(shí)，在 LaCoO3內(nèi)部氧空位形成能幾乎線(xiàn)性下 0.03 和 0.11 時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)明顯的逆轉(zhuǎn)。第一次逆轉(zhuǎn)是因?yàn)閺牡妥孕龖B(tài)的自旋過(guò)渡。第二次逆轉(zhuǎn)是由于兩個(gè)最近鄰 Co-O 鍵斷裂導(dǎo)致的圖 1-4（b）所示，Co 的 d 軌道與 O 的 p 軌道之間的雜化在 0< <0.00 時(shí)降低。與體相 LaCoO相比，由于缺乏自旋態(tài)躍遷，表面僅呈現(xiàn)
圖 1-4 應(yīng)變對(duì)形成能影響。（a）LaCoO3體（紅色圓圈）和表面（藍(lán)色方塊）與晶格應(yīng)變的氧空位形成能；（b）價(jià)電子對(duì)晶格應(yīng)變的電子電荷密度分布，大球是Co，小球是 O 原子[18]Donner 等人[19]發(fā)現(xiàn)拉伸應(yīng)變可以降低 La0.5Sr0.5CoO3- （LSC）中氧空位的形。LSC 的應(yīng)變和形成能的相關(guān)性與 LaCoO3中空位形成能的下降趨勢(shì)一致。然而aCoO3中氧空位形成能的變化比 LSC 中更為明顯。此外，DFT 模擬結(jié)果顯示在％應(yīng)變 LSC 表面上氧空位的形成能減少 0.43eV，與有-1.9％壓縮應(yīng)變的相比減 0.43eV。Cai 等人[20]認(rèn)為，這種差異可能是由 Sr 元素?fù)诫s引起的表面電子結(jié)復(fù)雜變化引起的。他們基于高溫和晶格應(yīng)變狀態(tài)的影響探測(cè)了 LSC 表面電子的變化，發(fā)現(xiàn)拉伸應(yīng)變可以使 LSC 表面電子 DOS 顯著增加至費(fèi)米能級(jí)，從而氧氣具有高活性表面減少。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題(ⅫⅠ)——電化學(xué)測(cè)量方法[J]. 凌仕剛,吳嬌楊,張舒,高健,王少飛,李泓. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2015(01)
[2]鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定方法[J]. 王先友,朱啟安,張?jiān)适?袁華堂,閻杰,宋德瑛. 電源技術(shù). 1999(06)
本文編號(hào)：2905183
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