本文關鍵詞：固體氧化物燃料電池Ni基復合陽極性能研究

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【摘要】：固體氧化物燃料電池是新發(fā)展起來的一類燃料電池,它除了具備傳統(tǒng)燃料電池的高效率、低污染等優(yōu)點之外,還具有其本身獨有的特點,比如燃料適應性廣、能量轉化率高等。在能源問題日趨緊張的今天,SOFC的研究受到世界各國的高度重視。陽極是SOFC的核心材料之一,陽極材料的優(yōu)劣性會直接影響至SOFC的整體性能。本文主要圍繞提高陽極電性能和抗積碳性能展開研究。分別嘗試制備NiO@GDC(氧化釓摻雜氧化鈰)復合陽極以及在Ni-YSZ(氧化釔穩(wěn)定氧化鋯)陽極上制備Ru抗積碳層這兩種方法來達到優(yōu)化陽極的目的。本文制備NiO@GDC復合陽極粉體,并將其與YSZ電解質疊壓成型,以噴涂的GDC懸浮液為阻擋層,LSCF為陰極制備NiO@GDCIYSZIGDCILSCF單電池。研究發(fā)現(xiàn),溶膠凝膠法制備的復合粉體NiO與GDC均勻分布,且形成的納米級顆粒NiO包裹在GDC周圍的特殊結構。復合陽極粉體中NiO/GDC質量比為5：5,造孔劑含量為9wt.%, GDC阻擋層煅燒溫度為1400℃,750℃下,3%H2O+H2為燃料時,電池開路電壓為1.08V,具有的最大功率密度和最小極化阻抗為400mW/cm2和1.0Ωcm2。以濕乙醇蒸汽(nH2O/CH3CH2OH=3:1)為燃料,電池功率密度為198mW/cm2,極化電阻為1.5Ωcm2。單電池通過穩(wěn)定性測試發(fā)現(xiàn)運行10h后性能下降一定幅度,運行1h后阻抗為3.3Ωcm2,運行10h后阻抗為6Ωcm2,電池出現(xiàn)微量積碳現(xiàn)象。即NiO@GDC陽極提高了單電池的電性能和抗積碳性能,但不能夠完全限制陽極積碳。本文以RuCl3為添加液,采用浸漬法在Ni-YSZ陽極表面上制備納米Ru層。樣品Ru-Ni-YSZ陽極表面呈現(xiàn)出較好的晶態(tài),納米級Ru小顆粒均勻覆蓋在陽極表面及陽極上層孔洞中。當浸漬時間為12h時浸漬量達到0.8%為最佳,選用丙酮為表面活性劑時,Ru顆粒整體呈現(xiàn)花瓣狀,細小的片狀纖維均勻分散構成花狀網(wǎng)絡結構,這大大的提高了Ru顆粒的比表面積,使得反應活性中心增加。750℃下,Ru-Ni-YSZ||YSZ||Ag單電池通濕乙醇為燃料,電池性能達到355mW/cm2和0.8Ωcm2。電池運行10h后沒有出現(xiàn)明顯衰減,陽極表面也沒有積碳產生。結果表明：Ru層的加入對電池的電性能以及抗積碳性能有著明顯的優(yōu)化。
【關鍵詞】：SOFC NiO@GDC Ni-YSZ 陽極 電性能 抗積碳
【學位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 文獻綜述8-22
• 1.1 燃料電池8-9
• 1.1.1 燃料電池簡介8
• 1.1.2 燃料電池分類8-9
• 1.2 固體氧化物燃料電池9-12
• 1.2.1 固體氧化物燃料電池的特點9-10
• 1.2.2 固體氧化物燃料電池的分類10-11
• 1.2.3 固體氧化物燃料電池的工作原理11-12
• 1.3 固體氧化物燃料電池的各關鍵組件12-15
• 1.3.1 陽極材料12-13
• 1.3.2 電解質材料13-14
• 1.3.3 陰極材料14-15
• 1.3.4 連接體材料15
• 1.3.5 封接材料15
• 1.4 陽極材料體系15-17
• 1.5 陽極積碳現(xiàn)象分析17-19
• 1.6 本論文的研究意義和主要工作19-22
• 2 實驗原料、設備及測試方法22-29
• 2.1 實驗藥品與設備22-24
• 2.1.1 實驗藥品22-23
• 2.1.2 實驗儀器與設備23-24
• 2.2 本實驗中所涉及的實驗方法24-26
• 2.2.1 溶膠-凝膠法24-25
• 2.2.2 浸漬法25
• 2.2.3 干壓成型法25
• 2.2.4 流延法25-26
• 2.3 分析測試方法26-29
• 2.3.1 樣品的尺寸測量26
• 2.3.2 XRD測試26-27
• 2.3.3 SEM測試27
• 2.3.4 TEM分析27
• 2.3.5 能譜分析27
• 2.3.6 單電池測試27-29
• 3 NiO@GDC復合陽極SOFC電性能及抗積碳研究29-45
• 3.1 實驗過程29-32
• 3.1.1 不同方法制備NiO-GDC粉體的實驗過程29-30
• 3.1.2 電解質流延片及阻擋層漿料的制備30-31
• 3.1.3 單電池的制備實驗過程31-32
• 3.2 實驗結果與分析32-43
• 3.2.1 不同制備方法對復合陽極粉體的影響32-34
• 3.2.2 造孔劑對NiO@GDC陽極的影響34-35
• 3.2.3 溫度對GDC阻擋層的影響35-36
• 3.2.4 不同NiO/GDC質量比對單電池電性能影響36-38
• 3.2.5 直接乙醇燃料NiO@GDC陽極單電池性能研究38-43
• 3.3 小結43-45
• 4 乙醇為燃料的SOFC陽極納米Ru層的制備及研究45-59
• 4.1 實驗過程45-47
• 4.1.1 半電池的制備45
• 4.1.2 陽極Ru層的制備45-46
• 4.1.3 測試46-47
• 4.2 實驗結果與分析47-58
• 4.2.1 納米Ru層對電池陽極的影響47-49
• 4.2.2 不同浸漬時間對納米Ru層浸漬量的影響49-52
• 4.2.3 不同Ru浸漬量對單電池的電性能的影響52-54
• 4.2.4 表面活性劑對Ru層及單電池性能的影響54-56
• 4.2.5 研究Ru層對單電池的抗積碳性能的影響56-58
• 4.3 小結58-59
• 5 結論59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-66

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：972804