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、污染少、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色能源。在SOFC的關(guān)鍵材料中,電解質(zhì)材料是最核心的部分。傳統(tǒng)的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（yttria stabilized zirconia,YSZ）電解質(zhì),由于使用溫度高（800℃以上）,會(huì)引起電解質(zhì)老化、電極-電解質(zhì)界面反應(yīng)、電極燒結(jié)以及連接材料的選擇等問(wèn)題,從而限制了SOFC的發(fā)展和商業(yè)化運(yùn)用。在對(duì)新型的電解質(zhì)材料的研究中,摻雜螢石結(jié)構(gòu)或白鎢礦型氧化物因具有較高的離子電導(dǎo)率而被認(rèn)為是有可能代替YSZ的新型電解質(zhì)材料。Gd³⁺和Sm³⁺摻雜的Ce_O2（GDC和SDC）在中溫范圍內(nèi)（500-700℃）具有較高的電導(dǎo)率而被廣泛研究和應(yīng)用;白鎢礦型復(fù)合氧化物由于可觀的離子電導(dǎo)且?guī)缀醪划a(chǎn)生電子電導(dǎo),也在近期引起了人們的廣泛興趣。本論文圍繞螢石結(jié)構(gòu)和白鎢礦結(jié)構(gòu)這兩種體系材料的制備展開,研究其電性能并討論其用作SOFC電解質(zhì)材料的可能性。主要研究?jī)?nèi)容如下:詳細(xì)研究了具有螢石結(jié)構(gòu)的Gd^3... 

【文章來(lái)源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

燃料電池工作原理示意圖

SOFC工作時(shí),陽(yáng)極側(cè)產(chǎn)生的電子由經(jīng)外電路流向陰極,而氧離子(O2-)則經(jīng)過(guò)致密的電解質(zhì)由陰極流向陽(yáng)極,在陽(yáng)極形成產(chǎn)物水。圖1.2是SOFC的工作原理示意圖。SOFC電池工作時(shí),輸送至陰極的氧氣被還原成氧離子,氧離子從陰極經(jīng)電解質(zhì)傳導(dǎo)到陽(yáng)極,在陽(yáng)極發(fā)生燃料氣的氧化,與經(jīng)電解質(zhì)傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的氧離子結(jié)合生成水,同時(shí)釋放電子,電子由陽(yáng)極經(jīng)外電路負(fù)載到達(dá)陰極。以H2和CO混合物為燃料氣體時(shí),SOFC的電池反應(yīng)為:

固體氧化物燃料電池有四個(gè)基本結(jié)構(gòu):電解質(zhì)、陰極,陽(yáng)極和連接材料,管式SOFC還有一個(gè)額外的結(jié)構(gòu)——電池連接件,這些組件的材料都是陶瓷或金屬。電解質(zhì)的功能是在氧分壓梯度下連續(xù)地從陰極到陽(yáng)極輸送氧氣。為了能夠有O2-離子遷移跨越電解質(zhì),陰極必須將O2轉(zhuǎn)化成不停的供應(yīng)氧氣,這個(gè)過(guò)程通常被稱為氧還原。同樣的,陽(yáng)極的氫或碳?xì)浠衔锶剂辖邮茈娊赓|(zhì)傳遞過(guò)來(lái)的O2-,通過(guò)反應(yīng)生成H2O、CO2和電子。陰極反應(yīng)所需的電子由陽(yáng)極產(chǎn)生并通過(guò)外部負(fù)載到達(dá)陰極,由此實(shí)現(xiàn)發(fā)電。圖1.3是一種管式固體氧化物燃料電池示意圖。管狀SOFC的單電池組裝簡(jiǎn)單,高溫密封方面技術(shù)成熟、難度不大;管狀SOFC電池組由管狀單電池組裝起來(lái),每個(gè)單電池通過(guò)并聯(lián)和串連方式連接在一起,從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模發(fā)電。早期的管式SOFC的重疊元件,即電極、電解質(zhì)、連接材料沉積在以微孔氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯為主要成分的支撐管上。這種設(shè)計(jì)思路是單電池沿支撐管排列,然后以陶瓷連接材料串聯(lián)。還有一種管式SOFC的設(shè)計(jì)稱為“套管型”,此種管型性電池可以一個(gè)個(gè)結(jié)成長(zhǎng)管。美國(guó)的西門子-西屋(Simens-Westinghouse)電氣公司很早就開始了管狀結(jié)構(gòu)SOFC的開發(fā)工作,其電池組的設(shè)計(jì)如下圖所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3351106