本文關(guān)鍵詞：低溫固體氧化物燃料電池復(fù)合電解質(zhì)和陰極材料的研究

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【摘要】：作為一種高效的能源轉(zhuǎn)換裝置,固體氧化物燃料電池(SOFC)因具有高效率、環(huán)境友好和燃料靈活等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛關(guān)注。然而較高的操作溫度限制了它的應(yīng)用,因此降低操作溫度成為一個研究熱點(diǎn)。而操作溫度的降低給電解質(zhì)的電導(dǎo)率和電極催化活性提出了新的要求。針對這一問題,本文分別研究了碳酸鹽含量對Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)-碳酸鹽復(fù)合電解質(zhì)的影響、以及Ag含量對Pr2NiO4(PNO)-Ag復(fù)合陰極的影響。采用共沉淀法制備SDC,與不同含量的(Li/Na)2CO3(Li:Na(摩爾比)=52:48)固相復(fù)合,分別制備得到了碳酸鹽含量為1~40 wt%的復(fù)合電解質(zhì)材料。碳酸鹽的加入能夠有效提升材料電導(dǎo)率、抑制SDC顆粒的長大并且降低材料的燒結(jié)溫度。其中含20 wt%碳酸鹽的復(fù)合材料表現(xiàn)出最優(yōu)的微觀形貌、電導(dǎo)率(575 oC下0.51 S cm-1)和功率輸出性能。以其為電解質(zhì)的單電池在600oC下最大功率密度接近700 mW cm-2。采用共沉淀法制備Pr2NiO4(PNO)前驅(qū)體,調(diào)控不同的煅燒工藝(1000 oC(3 h)、1000oC(5 h)、1200oC(5 h))制備了系列的PNO樣品,只有在1200oC煅燒5 h才能獲得K2NiF4晶型的PNO。分別采用浸漬法、固相法和冷凍干燥法制備PNO-Ag復(fù)合材料,其中浸漬法制備的材料顆粒最小、團(tuán)聚最少、Ag顆粒分布最均勻并且將其用作電極材料組裝的對稱電池表現(xiàn)出最小的極化面阻抗(ASR)(1.24Ωcm2,600 C)。另外,研究了Ag含量對陰極性能的影響,隨著Ag含量的增加,ASR先降低后增大。其中含量為15 wt%的材料表現(xiàn)出最小的ASR,在600oC時為0.45Ωcm2,說明該材料對中低溫固體氧化物燃料電池的陰極氧氣還原有良好的催化性能。將PNO-15 wt%Ag作為陰極催化劑的單電池在600 oC得到的最大功率密度為710 mW cm-2。
【關(guān)鍵詞】：低溫固體氧化物燃料電池 復(fù)合電解質(zhì) 陰極 Sm0.2Ce0.8O1.9-(Li/Na)2CO3 Pr2NiO4 Ag
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-26
• 1.1 燃料電池9-11
• 1.1.1 燃料電池簡介9-10
• 1.1.2 燃料電池的分類10-11
• 1.2 SOFC11-13
• 1.2.1 發(fā)展背景11
• 1.2.2 工作原理11-13
• 1.2.3 應(yīng)用前景13
• 1.3 SOFC關(guān)鍵材料13-21
• 1.3.1 電極14-16
• 1.3.2 電解質(zhì)16-21
• 1.4 SOFC的發(fā)展趨勢21-24
• 1.4.1 中低溫操作21-23
• 1.4.2 碳?xì)淙剂系氖褂?/span>23
• 1.4.3 單部件燃料電池23-24
• 1.5 課題的提出和研究內(nèi)容24-26
• 第二章 材料制備與表征26-34
• 2.1 實驗材料和設(shè)備26-27
• 2.2 復(fù)合電解質(zhì)的制備27
• 2.3 電極的制備27-29
• 2.3.1 陽極催化劑的制備27-28
• 2.3.2 陰極催化劑的制備28-29
• 2.4 單電池的制備29
• 2.5 材料的表征手段29-31
• 2.5.1 熱重分析30
• 2.5.2 X射線衍射分析30
• 2.5.3 掃描電子顯微鏡30
• 2.5.4 燒結(jié)體的密度30-31
• 2.6 電化學(xué)性能測試31-34
• 2.6.1 電化學(xué)阻抗譜測試31-33
• 2.6.2 電池功率密度輸出測試33-34
• 第三章 SDC-碳酸鹽復(fù)合電解質(zhì)的制備與研究34-45
• 3.1 前言34-35
• 3.2 結(jié)果與討論35-44
• 3.2.1 樣品晶相與形貌分析35-40
• 3.2.2 電導(dǎo)率測試40-42
• 3.2.3 電池性能測試42-44
• 3.3 小結(jié)44-45
• 第四章 PNO-Ag復(fù)合陰極的制備與電化學(xué)性能研究45-55
• 4.1 前言45-46
• 4.2 結(jié)果與討論46-53
• 4.2.1 熱重分析46-47
• 4.2.2 晶體結(jié)構(gòu)與形貌47-50
• 4.2.3 電化學(xué)阻抗分析50-52
• 4.2.4 電池性能測試52-53
• 4.3 小結(jié)53-55
• 第五章 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-67
• 發(fā)表論文67-68
• 致謝68-69

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