工業(yè)革命以來,人類社會生產(chǎn)力獲得快速發(fā)展,同時(shí)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(yán)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(yīng)用前景廣泛。然而其在高溫工作環(huán)境下,電池內(nèi)部微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,性能衰減較快而阻礙其商業(yè)化應(yīng)用。我們通過X射線納米CT技術(shù)無損獲得Ni-YSZ陽極的三維結(jié)構(gòu),并對電池內(nèi)部一些連通性、三相界面長度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行定量分析。在真實(shí)三維結(jié)構(gòu)信息基礎(chǔ)上,通過格子玻爾茲曼方法模擬研究了燃料電池運(yùn)行過程中內(nèi)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(jié)構(gòu)優(yōu)化提供一定參考。本文主要工作為:1.調(diào)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(yīng)用前景,研究燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)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(yīng)位點(diǎn)加入到模型中,使模擬氣體分布更加準(zhǔn)確,更加貼近真實(shí)情況。2.采用X射線納米成像技術(shù)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(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)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(yùn)行原理圖Ｂ］??Ｓ０ＦＣ電化學(xué)反應(yīng)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(yīng)位點(diǎn)的電化學(xué)反應(yīng)示意圖。在陽極區(qū)域中ｌｌＱ］，??反應(yīng)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(fù)責(zé)輸送??燃料氣體和反應(yīng)生成的水等。陽極電化學(xué)反應(yīng)過程中，氫氣通過燃料電池陽極孔??隙不間斷傳輸進(jìn)來，在三相界面處與在陰極通過ＹＳＺ介質(zhì)傳輸過來的氧離子結(jié)合，??反應(yīng)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(xué)??反應(yīng)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(gè)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(guān)系，對復(fù)合陽??極制備與電池性能優(yōu)化具有一定參考價(jià)值。??＂２?＼?＾??麵刑Ｌ?ｍ?１??ＹＳＺ?．?Ａｎ〇ｄｅ??ｉ?Ｎｉ??ｌＩ?＿

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本文編號：3335111