固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)因具有能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。H2是目前SOFC應(yīng)用最多的燃料,但是較高的生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)成本限制了其大規(guī)模應(yīng)用;而碳?xì)淙剂舷噍^之下廉價(jià)易得。傳統(tǒng)的SOFC多采用Ni基金屬陶瓷陽(yáng)極,但是Ni基陽(yáng)極在使用碳?xì)淙剂蠒r(shí)易產(chǎn)生積碳,導(dǎo)致電池性能衰減。因此,提高Ni基陽(yáng)極在碳?xì)淙剂舷碌目狗e碳性能成為當(dāng)前SOFC領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。在陽(yáng)極中加入堿土金屬或稀土金屬氧化物可以提高Ni對(duì)碳?xì)淙剂系拇呋阅?并在一定程度上抑制積碳,提高陽(yáng)極在碳?xì)淙剂现械碾娀瘜W(xué)性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。此外,在陽(yáng)極支撐體上添加催化層也可以將燃料裂解重整反應(yīng)轉(zhuǎn)移至催化層,減少積碳對(duì)陽(yáng)極電化學(xué)氧化活性位點(diǎn)的影響,使單電池有較好的抗積碳能力�；谝陨峡紤],本文嘗試通過(guò)添加堿土金屬及稀土金屬氧化物,以及在陽(yáng)極表面制備催化功能層等來(lái)改善和提高Ni-SDC極材料的抗積碳性能,以為面向碳?xì)淙剂系腟OFC提供基礎(chǔ)的材料和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用積累。論文第三章通過(guò)甘氨酸硝酸鹽法制備添加La2O3-CaO(0-6mol%)的NiO-SDC復(fù)合陽(yáng)極粉體,通過(guò)壓制燒結(jié)獲得復(fù)合陽(yáng)極,并對(duì)其物相、顯微組織結(jié)構(gòu)、物理性能、Ni催化性能以及單電池在H2燃料下的電化學(xué)性能等進(jìn)行測(cè)試分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明添加La2O3-CaO的Ni-SDC復(fù)合陽(yáng)極主要含有Ni和SDC兩相,La3+進(jìn)入SDC晶格,CaO單獨(dú)存在于陽(yáng)極中。La2O3-CaO的加入,使Ni-SDC陽(yáng)極的電導(dǎo)率有所降低,800℃時(shí)添加1、6mol%La203-CaO的Ni-SDC陽(yáng)極的電導(dǎo)率分別為1875.40、869.31 Scm-1隨著La203-CaO添加量的增加,NiO的還原峰溫度從492℃提高至532℃,Ni與SDC間的相互作用增強(qiáng),單電池在濕H2燃料下750℃時(shí)的最大輸出功率從375.25mWcm.2增加至401.12mWcm-2,添加La2O3-CaO可以提高Ni的催化活性以及單電池在H2中的輸出性能。論文第四章采用乙醇燃料對(duì)添加La203-CaO(0-6mol%)的Ni-SDC陽(yáng)極的組織性能等進(jìn)行測(cè)試分析,結(jié)果表明,650-800℃,Ni-SDC陽(yáng)極產(chǎn)生的積碳從20-60nm的碳纖維轉(zhuǎn)變成200-400nm的球形無(wú)定形碳,石墨化程度逐漸增高。添加La2O3-CaO可以提高陽(yáng)極在乙醇燃料中的電化學(xué)性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,800℃時(shí)Ni-SDC陽(yáng)極單電池的最大輸出功率為158.86mWcm-2,而添加La2O3-CaO(2mol%)的Ni-SDC陽(yáng)極的單電池為377.79 mWcm-2,且650℃下持續(xù)工作20h后電池性能穩(wěn)定。單電池連續(xù)放電12h后,添加La2O3-CaO使Ni-SDC陽(yáng)極的積碳從17.18wt%降低至8.91wt%,同時(shí)積碳的石墨化程度降低。論文第五章采用絲網(wǎng)印刷法在NiO-SDC陽(yáng)極支撐體燃料側(cè)制備LaNi0.6Co0.4O3(LNC)催化功能層,以促進(jìn)碳基燃料的重整反應(yīng),并對(duì)LNC/Ni-SDC|SDC|BSCF單電池在不同燃料下的電化學(xué)和相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,LaNi0.6Co0.4O3催化層在還原性氣氛中轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)a2O3和Ni-Co合金,與NiO-SDC支撐層間相容性較好;LaNi0.6Co0.4O3催化層可顯著提高Ni-SDC陽(yáng)極單電池在H2燃料下的性能,750℃時(shí)LNC/Ni-SDC|SDC|BSCF單電池在H2燃料中的最大輸出功率為660.43mWcm-2,而Ni-SDC陽(yáng)極單電池僅為375.25mWcm-2。750℃下Ni-SDC陽(yáng)極單電池在乙醇燃料中的輸出功率為121.13mWcm-2,添加LNC催化層單電池的最大輸出功率增至160.39mWcm-2,而在甲醇燃料中輸出功率僅為136.66 mWcm-2。說(shuō)明LaNi0.6Co0.4O3催化層在不同的燃料中的催化性能差異較大。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TM911.4;O614.813
【部分圖文】：

圖１．邋１各種燃料電池逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｕｍｍａｒｙ邋ｏｆ邋ｆｕｌｌ邋ｃｅｌｌ邋ｔｙｐｅｓ逡逑

圖１．２邋ＳＯＦＣ工作原理示意圖逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｆｏｒ邋ＳＯＦＣ逡逑

圖１．３邋ＳＯＦＣ的理論與實(shí)際Ｉ－Ｖ曲線逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ邋ａｎｄ邋ａｃｔｕａｌ邋ｖｏｌｔａｇｅ／ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＳＯＦＣ逡逑

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