為了滿足固體氧化物燃料電池商業(yè)化的需求,人們需要降低其制造成本,延長其使用壽命,因此提高整個裝置的穩(wěn)定性顯得十分重要。電解質、陰極、陽極是固體氧化物燃料電池最重要的三個核心部分,提高這三者的穩(wěn)定性便是重中之重。本論文根據電化學的相關理論,通過將SSC陰極制成陰極片的方法將影響因素單一化得到電解質與陰極之間界面的衰減機制,并通過加入Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)中間層提高了La0.8Sr_(0.2)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)電解質與Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)(SSC)陰極之間界面的穩(wěn)定性;利用納米纖維形貌的特殊性,以Mg/Fe保護層與納米纖維陰極的結合有效的提高了陰極的耐硫性能;在Ni基陽極表面設計并制備了納米纖維LST-Mg/Fe復合保護層,可以將燃料中的硫控制在Ni基陽極表面從而保護三相界面以及整個陽極的內部結構。在800℃空氣氣氛下,對Pt(WE)/LSGM/Pt(CE)單電池進行150 h的恒流極化(極化電流為200m A·cm-2),發(fā)現在工作電極側的LSGM電解質會在晶界處產生大量析出物,通過對析出物的元素分析得知Ga元素從LSGM電解質的表面析出,Sr元素在晶界大量富集。然而,對電極側的LSGM電解質中元素含量并沒有發(fā)生明顯變化。初步確認了LSGM電解質中的元素遷移是造成LSGM電解質性能衰減的主要原因。隨后發(fā)現兩組單電池SSC(WE)/LSGM/Pt(CE)和LSCF(WE)/LSGM/Pt(CE)中的LSGM電解質經過150 h恒流極化后,在工作電極側的LSGM電解質同樣會在晶界處產生大量析出物,并且析出物的元素含量與Pt(WE)/LSGM/Pt(CE)單電池中的析出物的元素含量相似。為了排除電極在電解質表面燒結因素的影響,分別將SSC和LSCF制成陰極片并制備成[Pt/SSC(pellet)](WE)/LSGM/Pt(CE)和[Pt/LSCF(pellet)](WE)/LSGM/Pt(CE)單電池。經過150 h恒流極化后,[Pt/SSC(pellet)](WE)/LSGM/Pt(CE)單電池中工作電極側的LSGM電解質同樣在晶界處產生與之前相似大量析出物,證實元素的遷移是造成LSGM電解質及其與SSC陰極界面性能衰減的主要原因。通過加入SDC中間層的方法有效的降低了LSGM與SSC之間的元素遷移的現象,提高了LSGM電解質與SSC陰極之間界面的穩(wěn)定性。研究了SO_2對SOFCs陰極SSC和LSCF的影響,并找到提高其耐硫性的方法。在含有100 ppm SO_2的空氣氣氛中,采用三電極體系在極化電壓相對于參比電極-0.3 V的條件下進行測試,實驗結果表明SO_2會破壞SSC和LSCF陰極的納米顆粒和納米纖維的微觀形貌并使其陰極性能的下降,并且SO_2會使具有納米纖維形貌的陰極性能衰減更快,這是由于納米纖維具有更多的通路可以使SO_2更快速的進入到三相界面處從而導致陰極性能的衰減速率更快。研究并制備了加入Mg/Fe保護層的SSC和LSCF陰極的耐硫性,得到Mg/Fe保護層起到保護SSC和LSCF陰極的作用,尤其是當采用SSC和LSCF納米纖維陰極時,Mg/Fe保護層起到的效果最好,這是由于納米纖維的特殊結構為Mg/Fe保護層提供了更多空間使其可以充分的包裹在陰極的周圍并快速與SO_2反應從而起到了保護三相界面和整個陰極的作用。將SSC陰極的電流下降速率從33.677m A·h-1降低到了15.934 m A·h-1;將LSCF陰極的電流下降速率從27.477 m A·h-1降低到了18.563 m A·h-1。這說明納米纖維結構的SSC和LSCF陰極與Mg/Fe保護層的協同作用可以有效的提高SOFCs陰極材料的耐硫性。在-0.75 V~CE.的恒壓極化條件下,采用直接內部重整的方法,研究了C_(12)H_(26)+H2O和C_(12)H_(26)+H2O+C4H4S(500 ppm)兩種混合燃料對Ni基陽極的影響,得到在燃料氣C_(12)H_(26)+H2O+C4H4S氣氛下,電流密度只保持很短時間就開始快速下降,并發(fā)現整個陽極的三相界面處遭到了嚴重的破壞。然后研究了通過添加納米顆粒和納米纖維兩種不同形貌LST保護層對提高Ni基陽極耐硫性的方法,得到此方法可以有效的保護三相界面免受硫的毒化。最后研究了添加LST-Mg/Fe復合保護層進一步提高Ni基陽極耐硫性的方法,發(fā)現當采用LST(nanofibers)-Mg/Fe復合保護層時將電流保持時間從1 h提高到40 h左右。通過分析得到Mg/Fe保護層和納米纖維LST保護層的協同作用可以將燃料中的硫抑制在整個LST-Mg/Fe保護層中從而提高了Ni基陽極的耐硫性能,進而有效的保護三相界面及陽極內部的結構。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TM911.4
【部分圖文】：

質材料的性能及電化學穩(wěn)定性的氧化鈰材料是適合中低溫使用的SOFC電解質材料(GDC和SDC)有比YSZ高的離質材料。但不足之處是：高溫、還原氣電，而且其強度偏低[13-14]。添加RE(Yb,材料只能在氧分壓大于log(PO2/MPa)=[15-16]，這是因為在恒電壓極化下，973 K)時，Ce4+離子的還原造成電流達不確的測定，這一現象揭示了CeO2系列材但在 873 K以下的范圍內，研究CeO2基電17]。由此看來，以CeO2系列材料作為低穩(wěn)定性仍需要進一步研究。近年來，氧化來減少陰極材料與電解質之間的反應[18-2來制備SSC-GDC[21]和LSCF-GDC[22]復合同樣的也被用來增強SrTiO3基陽極的電化

第 1 章 緒 論種新型的電解質材料，LaGaO3系列電解質材料在秀的離子傳導性[25-26]，圖 1-3 為 LSGM 電解質與傳 ， Yamaji 和 Xiong[27-28]等 研 究 La0.8Sr0.2Gg0.15Co0.05O3-δ的電子傳導性時中發(fā)現，在恒電壓g(PO2/MPa)=-9(673-1073 K)時，出現了電流達不到已經實際應用的鈣鈦礦結構的 LaGaO3系列電解質學穩(wěn)定性提高的研究仍須繼續(xù)。

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文O原子的過程，即 ；(3) 氧過程，即 ；(4) 發(fā) 生 反 應 生 成 O2-的 ；(5, 5′) 分子狀態(tài)程，即 ；(6)即[31]2 adO (g) 2O (電極）ad（電極） 2O（三相界面電解質）2- 2O（電極，電解質 （電解質）ad2O ）2-（電極，(g) 4e ）2O 電極） O 4e 2O2O2-（ 。在以上的反應主導途徑也主導著整個陰極反應速率的快慢。鈣鈦礦結構的氧化物材料，接下來著重介紹一
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本文編號：2854947