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)換和儲能裝置。在能量的轉(zhuǎn)換與儲存過程中涉及到最重要的一個環(huán)節(jié)是化學物質(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)問題十分重要。在固體氧化物燃料電池中主要涉及氧負離子在固體電解質(zhì)中傳導和燃料氣體在多孔電極中的擴散,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)動力學。通過提升固體氧化物燃料電池的工作溫度（>800 ^oC）可以確保氧負離子在固體電解質(zhì)中有較高的電導率。但是高操作溫度會增加材料設(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)離子電導率和降低其工作溫度的有效方法。但是目前只能通過實驗測量和計算機模擬得到一些零散的數(shù)據(jù),界面應(yīng)變與離子電導率之間定量的關(guān)系表達式仍然不清楚。本文建立了應(yīng)變與離子電導率之間的定量關(guān)系表達式,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... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：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)變對氧空位形成的影響格應(yīng)變可以改變氧空位的濃度，通過公式（1-2）可計算氧空位的形成2f V 01+2OE E E Ev表示具有一個氧空位的系統(tǒng)能量，E0表示沒有任何氧空位時的系O2的總能量[17]�；诘仁剑�1-2），Kushima 等人[18]采用第一原理計算 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，在 LaCoO3內(nèi)部氧空位形成能幾乎線性下 0.03 和 0.11 時出現(xiàn)了兩個明顯的逆轉(zhuǎn)。第一次逆轉(zhuǎn)是因為從低自旋態(tài)的自旋過渡。第二次逆轉(zhuǎn)是由于兩個最近鄰 Co-O 鍵斷裂導致的圖 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)變對形成能影響。（a）LaCoO3體（紅色圓圈）和表面（藍色方塊）與晶格應(yīng)變的氧空位形成能；（b）價電子對晶格應(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]認為，這種差異可能是由 Sr 元素摻雜引起的表面電子結(jié)復雜變化引起的。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 顯著增加至費米能級，從而氧氣具有高活性表面減少。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池基礎(chǔ)科學問題(ⅫⅠ)——電化學測量方法[J]. 凌仕剛,吳嬌楊,張舒,高健,王少飛,李泓.  儲能科學與技術(shù). 2015(01)
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本文編號：2905183