工業(yè)革命以來,人類社會生產(chǎn)力獲得快速發(fā)展,同時伴隨著傳統(tǒng)化石能源的過度消耗,一方面化石能源即將面臨枯竭,另一方面化石能源的使用造成了嚴重的環(huán)境污染與破壞。目前迫切需要發(fā)展無污染、可持續(xù)的新型能源。固體氧化物燃料電池是一種高效清潔的新型能源發(fā)電系統(tǒng),應用前景廣泛。然而其在高溫工作環(huán)境下,電池內部微結構發(fā)生變化,性能衰減較快而阻礙其商業(yè)化應用。我們通過X射線納米CT技術無損獲得Ni-YSZ陽極的三維結構,并對電池內部一些連通性、三相界面長度等關鍵參數(shù)進行定量分析。在真實三維結構信息基礎上,通過格子玻爾茲曼方法模擬研究了燃料電池運行過程中內部的氣體分布和離子電流密度分布,并分析了電池性能衰減可能的原因,可以為陽極制備和結構優(yōu)化提供一定參考。本文主要工作為:1.調研了燃料電池的發(fā)展歷史以及全球燃料電池研究現(xiàn)狀和應用前景,研究燃料電池的電化學反應機理,分析其存在的明顯優(yōu)勢和不足之處。介紹了X射線納米成像系統(tǒng)的原理和優(yōu)勢,介紹格子玻爾茲曼方法原理,并將三相界面反應位點加入到模型中,使模擬氣體分布更加準確,更加貼近真實情況。2.采用X射線納米成像技術獲得Ni-YSZ陽極二維投影圖,通過灰度分割和三維... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．?１：固體氧化物燃料電池混合分布式發(fā)電系統(tǒng)??（２）能源清潔無污染

＿＾〇｜??ａｗｌ?Ｗａｔｅｒ?Ｏｔｉｉ?峰義ｗ??ＡｉＫｘｋ?Ｃａｔｈｏｄｅ??圖１．２：固體氧化物燃料電池運行原理圖Ｂ］??Ｓ０ＦＣ電化學反應只發(fā)生在孔隙相、ＹＳＺ相和Ｎｉ相交界的區(qū)域。圖１．３為固體??氧化物燃料電池陽極三相界面反應位點的電化學反應示意圖。在陽極區(qū)域中ｌｌＱ］，??反應產(chǎn)生的電子經(jīng)由Ｎｉ傳輸，陰極產(chǎn)生的氧離子經(jīng)由ＹＳＺ傳輸，而孔隙負責輸送??燃料氣體和反應生成的水等。陽極電化學反應過程中，氫氣通過燃料電池陽極孔??隙不間斷傳輸進來，在三相界面處與在陰極通過ＹＳＺ介質傳輸過來的氧離子結合，??反應生成水和電子，水通過孔隙排除，電子通過Ｎｉ傳輸?shù)酵獠侩娐�。由于電化學??反應只發(fā)生在三相界面交界處，因此三相界面分布、長度等參數(shù)對整個電池性能??具有很大影響。研究三相界面長度分布等因素與電池性能衰減的關系，對復合陽??極制備與電池性能優(yōu)化具有一定參考價值。??＂２?＼?＾??麵刑Ｌ?ｍ?１??ＹＳＺ?．?Ａｎ〇ｄｅ??ｉ?Ｎｉ??ｌＩ?＿

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本文編號：3335111