發(fā)布時間：2017-08-18 23:12

  本文關鍵詞：碳氫燃料固體氧化物燃料電池陽極制備及電化學性能研究

  更多相關文章： 固體氧化物燃料電池 抗積碳陽極 Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ) La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ)

【摘要】：固體氧化物燃料電池(SOFC)使用H_2為燃料最為理想,然而較高的生產(chǎn)和儲運成本限制了其大規(guī)模的應用;與之相比,碳氫燃料價格低廉,便于大規(guī)模推廣,但傳統(tǒng)的鎳基金屬陶瓷陽極在使用碳氫燃料時會產(chǎn)生嚴重積碳,導致電池性能衰減。為解決這一問題,本論文分別制備了低Ni含量Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ)-SSZ復合材料陽極和全陶瓷La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ)陽極并進行相關研究。首先,本論文采用自燃燒法合成了不同Ni含量的Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ)粉體,研究表明當Fe摻雜量x不超過0.5時,Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ)還原產(chǎn)物仍能保持立方相Ni-Fe合金。分別以H2、CH_4和CO為燃料測定了不同Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ)-SSZ陽極SOFC單電池的性能,結果表明隨Fe摻雜量x的增加,電池放電性能出現(xiàn)下降,但以Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ)-SSZ為陽極的SOFC單電池使用CH_4和CO為燃料時能夠穩(wěn)定工作10 h。對陽極積碳的研究表明電池長期穩(wěn)定性與陽極積碳石墨化程度的變化有關。為進一步優(yōu)化電池性能,采用浸漬法制備了Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ)-SSZ-CeO_2復合陽極,確定CeO_2的最佳浸漬量為20 wt%,電池在800?C下最大放電功率分別可達235.46(CH_4)和323.71 mW·cm-2(CO)。其次,本論文采用高溫固相法制備了La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ)(LSCrFe)系列全陶瓷陽極材料,研究表明當摻雜量x為0.2~0.4時,LSCrFe在高溫還原氣氛中穩(wěn)定性良好。當摻雜量x=0.4時LSCrFe電導率最大,800℃下氫氣中達到1.49 S·cm-1;當摻雜量x=0.4時極化電阻最小,為1.358Ω·cm2,以其為陽極制成SOFC單電池,采用氫氣為燃料時850℃下最大放電功率為122.65 mW·cm-2,而以CH_4和CO為燃料時性能較差。為進一步優(yōu)化陽極性能,采用機械混合法制備LSCrFe-SDC陽極,研究發(fā)現(xiàn),當復合陽極中SDC含量為30 wt%時極化電阻最小,為0.759Ω·cm2;電池以H2、CH_4和CO為燃料最大放電功率分別為151.24(850℃),90.93(950℃)和132.05 mW·cm-2(850℃);研究中還探索了浸漬法制備LSCr Fe-SDC浸漬復合陽極,確定SDC的最佳浸漬量為10 wt%,使用H2、CH_4和CO為燃料時SOFC的最大放電功率分別為251.35(850℃)、158.37(950℃)和223.33 mW·cm-2(850℃),并且陽極表面未發(fā)生明顯積碳現(xiàn)象。
【關鍵詞】：固體氧化物燃料電池 抗積碳陽極 Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ) La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ)
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O646;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-24
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9
• 1.2 固體氧化物燃料電池概述9-12
• 1.2.1 固體氧化物燃料電池的工作原理9-10
• 1.2.2 固體氧化物燃料電池關鍵材料10-12
• 1.3 碳氫燃料SOFC12-15
• 1.3.1 發(fā)展碳氫燃料SOFC的必要性12-13
• 1.3.2 以CH_4為燃料時SOFC工作原理13-14
• 1.3.3 以CO為燃料時SOFC工作原理14-15
• 1.4 碳氫燃料SOFC陽極材料研究進展15-22
• 1.4.1 金屬陶瓷復合材料15-16
• 1.4.2 全陶瓷陽極16-22
• 1.5 本文主要研究內容22-24
• 第2章 實驗材料與測試方法24-30
• 2.1 實驗藥品和實驗儀器24-25
• 2.1.1 實驗藥品24-25
• 2.1.2 實驗儀器25
• 2.2 性能表征方法25-27
• 2.2.1 X射線衍射分析25
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡表征25-26
• 2.2.3 熱膨脹特性表征26
• 2.2.4 拉曼光譜表征26
• 2.2.5 電導率的測試26-27
• 2.3 材料電化學性能表征27-30
• 2.3.1 電化學阻抗譜測試27-28
• 2.3.2 電池放電性能測試28-30
• 第3章 Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ) 陽極的制備及性能表征30-47
• 3.1 Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ) 陽極粉體的制備與結構表征30-35
• 3.1.1 Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ) 陽極粉體的制備30-31
• 3.1.2 不同F(xiàn)e摻雜量粉體的物相表征31-33
• 3.1.3 不同F(xiàn)e摻雜量對Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ) 熱膨脹性能的影響33-35
• 3.2 Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ) 陽極粉體的電化學性能表征35-39
• 3.2.1 電池的EIS表征35-37
• 3.2.2 電池放電性能測試37-38
• 3.2.3 電池長期穩(wěn)定性研究38-39
• 3.3 陽極積碳對電池性能影響的分析39-43
• 3.3.1 陽極積碳的結構研究39-41
• 3.3.2 陽極積碳的形貌研究41-43
• 3.4 Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ)-SSZ-CeO_2復合陽極的研究43-46
• 3.4.1 Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ)-SSZ-CeO_2復合陽極的制備43-44
• 3.4.2 Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ)-SSZ-CeO_2復合陽極的電化學性能研究44-46
• 3.5 本章小結46-47
• 第4章 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ) 陽極的制備及性能表征47-70
• 4.1 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ) 陽極粉體的制備工藝研究47-51
• 4.1.1 陽極粉體的制備47-48
• 4.1.2 煅燒條件對物相結構的影響48-49
• 4.1.3 煅燒溫度對物相結構的影響49-50
• 4.1.4 陽極粉體的形貌表征50-51
• 4.2 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ) 陽極粉體的結構表征51-54
• 4.2.1 不同F(xiàn)e摻雜量對粉體物相的影響51-52
• 4.2.2 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ) 在還原氣氛中穩(wěn)定性的研究52-53
• 4.2.3 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ) 與SSZ電解質化學相容性的研究53-54
• 4.3 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ) 陽極的電化學性能表征54-58
• 4.3.1 電導率的研究54-55
• 4.3.2 對稱電池的EIS表征55-56
• 4.3.3 電池放電性能的測試56-58
• 4.4 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)-SDC復合陽極的研究58-62
• 4.4.1 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ) 與SDC電解質化學相容性的研究59
• 4.4.2 對稱電池的EIS表征59-61
• 4.4.3 電池放電性能測試61-62
• 4.5 浸漬法制備La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)-SDC復合陽極的研究62-68
• 4.5.1 浸漬陽極形貌的分析63-65
• 4.5.2 浸漬陽極結構的分析65-66
• 4.5.3 單電池放電性能測試66-68
• 4.6 La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)-SDC陽極積碳行為的研究68-69
• 4.7 本章小結69-70
• 結論70-71
• 參考文獻71-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果80-82
• 致謝82

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本文編號：697304