直接碳固體氧化物燃料電池（DC-SOFC）是一種能夠?qū)?chǔ)存在碳燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置,具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)、燃料選擇性廣、安全性高和能量轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)勢(shì)。但是,由于DC-SOFC電化學(xué)反應(yīng)涉及多電子轉(zhuǎn)移、多組分以及中間產(chǎn)物生成,動(dòng)力學(xué)路徑多,導(dǎo)致電池性能隨時(shí)間增長(zhǎng)而衰減,嚴(yán)重限制了DC-SOFC的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。本文通過開發(fā)新型生物質(zhì)炭燃料、設(shè)計(jì)新型電池結(jié)構(gòu)、開發(fā)高效催化劑等措施,旨在實(shí)現(xiàn)DC-SOFC的高效穩(wěn)定運(yùn)行。首先,采用相轉(zhuǎn)化-紡絲技術(shù)制備得到微管式DC-SOFC,系統(tǒng)研究了該電池采用辣椒秸稈生物質(zhì)炭燃料時(shí)的電化學(xué)性能。電化學(xué)結(jié)果表明,以辣椒秸稈生物質(zhì)炭為燃料的微管式DC-SOFC在850℃下的最大功率密度為217 m W·cm^-2,與其在氫氣燃料下的性能(252 m W·cm^-2)相當(dāng),顯示出辣椒秸稈生物質(zhì)炭在DC-SOFC應(yīng)用方面的巨大潛力。采用恒電流方式在850℃下對(duì)微管式DC-SOFC進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試,其中擔(dān)載碳燃料質(zhì)量為0.54 g,放電電流為100 m A,結(jié)果表明微管式DC-SOFC在0.65V電壓下具有較穩(wěn)定的放電平... 

【文章來(lái)源】：山東理工大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

燃料電池工作原理示意圖[8]

山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論6SOFC最早開始于1899年，WaltherNernst通過研究摻雜對(duì)氧化鋯的影響，發(fā)現(xiàn)5mol%氧化釔摻雜的氧化鋯(YSZ)具有良好的氧負(fù)離子傳導(dǎo)率，并用15YSZ做成燈絲研究制成能斯托燈[15]。在1935年，Schottky將YSZ應(yīng)用在燃料電池領(lǐng)域，并發(fā)現(xiàn)15YSZ在作為燃料電池的電解質(zhì)方面存在很大的潛力[16]。隨后，Baur和Presis在1937年以YSZ作為電解質(zhì)成功制備了固體陶瓷氧化物燃料電池發(fā)電裝置[17]。從1900年到現(xiàn)在，SOFC在各種項(xiàng)目的支持下蓬勃發(fā)展，SOFC的制備技術(shù)、輸出性能和電池規(guī)模都有了顯著的提高，千瓦級(jí)別的SOFC堆也相繼被報(bào)道[18]。1.3.2固體氧化物燃料電池工作原理圖1.2是SOFC的工作原理圖，其中電解質(zhì)材料為高溫氧離子導(dǎo)體，燃料為氫氣。在電池工作時(shí)，陰極室中的氧氣在多孔陰極的催化作用下得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成O2-，其化學(xué)反應(yīng)式為：O2+4e-=2O2-(1-1)在陰極生成的O2-通過電解質(zhì)傳遞到陽(yáng)極，與陽(yáng)極室中的還原性氣氛氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成水，其反應(yīng)方程式為：H2+O2-=H2O+2e-(1-2)總反應(yīng)為：2H2+O2=2H2O(1-3)圖1.2SOFC工作原理示意圖Fig.1.2SchematicdiagramofSOFC

山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論71.3.3固體氧化物燃料電池關(guān)鍵材料1.3.3.1電解質(zhì)材料電解質(zhì)是SOFC最重要的部件，其主要作用為：(1)隔離陽(yáng)極室和陰極室的氣氛；(2)為離子的傳輸提供通道。電解質(zhì)材料的類別直接影響SOFC輸出性能和工作溫度等[19]，因此良好的電解質(zhì)材料應(yīng)該具備以下特點(diǎn)[20,21]：(1)良好的離子電導(dǎo)率（大于0.1S/cm）以確保離子的正常遷移；(2)在高溫下具有良好的化學(xué)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證電化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行；(3)良好的致密性；(4)較差的電子導(dǎo)電性；(5)良好的化學(xué)兼容性；(6)與電極具有良好的熱匹配性，有效降低界面電阻，避免發(fā)生分層現(xiàn)象；(7)價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單。目前常用作SOFC電解質(zhì)材料主要有ZrO2、CeO2和LaGaO3體系[22,23]，其電導(dǎo)率如圖1.3所示。圖1.3幾種不同固體電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率[22]Fig.1.3Ionicconductivityofseveraltypicalsolidelectrolytematerials1.3.3.2陽(yáng)極材料SOFC陽(yáng)極是電池組成的重要部分，其起到的主要作用為：(1)為燃料的電化學(xué)反應(yīng)提供場(chǎng)所，并快速催化燃料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)；(2)快速轉(zhuǎn)移燃料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的電子和氣體。良好的陽(yáng)極材料需要具有以下特點(diǎn)[24]：(1)良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，保證燃料氧化反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行；(2)良好的離子導(dǎo)電率，有效降低極化電阻；(3)良好的電子導(dǎo)電率，保證燃料氧化產(chǎn)生的電子快速的傳遞；(4)具有良好的熱匹配性；(5)具有足夠的孔隙率，保證氣體的擴(kuò)散，生成物的排出，有效降低濃差極化；(6)材料生產(chǎn)成本低。目前，最常用的陽(yáng)極材料為Ni-YSZ復(fù)合陶瓷材料，其具有低成本，高電子導(dǎo)電率、高離子導(dǎo)電率、高催化活性和熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。其中Ni金屬起到傳輸電子，同時(shí)催化氫氣的氧化反

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]工業(yè)廢渣的現(xiàn)狀和利用前景[J]. 甄國(guó)凱,王艷艷,呂煥,李聞智,種曉菲.  中國(guó)金屬通報(bào). 2018(06)
[2]通過電子導(dǎo)體陰極La0.8Sr0.2MnO3-δ的納米化制備高性能質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池（英文）[J]. Eman Husni Da’as,畢磊,Samir Boulfrad,Enrico Traversa.  Science China Materials. 2018(01)
[3]可用作便攜式電源的高性能直接碳固體氧化物燃料電池組（英文）[J]. 王曉強(qiáng),劉江,謝永敏,蔡位子,張亞鵬,周倩,于方永,劉美林.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(08)
[4]以活性炭為燃料的固體氧化物燃料電池(英文)[J]. 唐玉寶,劉江.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2010(05)
[5]鍶尾礦和廢渣的污染現(xiàn)狀及資源化利用進(jìn)展[J]. 徐龍君,曲歌,趙慶,李禮.  資源環(huán)境與工程. 2008(02)
[6]燃料電池及其應(yīng)用前景[J]. 馬歡,謝建.  可再生能源. 2004(03)
[7]燃料電池的原理、技術(shù)狀態(tài)與展望[J]. 衣寶廉.  電池工業(yè). 2003(01)

碩士論文
[1]平板式電解質(zhì)支撐的直接碳固體氧化物燃料電池的制備及其應(yīng)用探究[D]. 丘倩媛.華南理工大學(xué) 2019



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