發(fā)布時間：2021-09-22 23:52

　　可逆固體氧化物電池（RSOC）是一種新型能量轉化裝置,具有高效率、無污染和模塊化等優(yōu)點。在固體氧化物燃料電池（SOFC）模式下,它能夠直接將燃料中的化學能直接轉變?yōu)殡娔?而在固體氧化物電解池（SOEC）模式下,它也可以通過電解水制氫等方式將熱能和電能轉化為化學能進行存儲。具有高離子導電的氧化鈰-碳酸鹽復合物是可逆固體氧化物電池（SOC）中一種非常有前景的電解質材料。理想微觀結構,如復相材料大界面且分布均勻元素/相,將有利于電性能增強和離子傳導機制的研究。在本文工作中,我們通過原位一鍋一步檸檬酸-硝酸鹽燃燒成功合成了具有不同碳酸鹽含量的、元素/相分布均勻的、界面耦合強的Sm_0.2Ce_0.8O₂-Na₂CO₃（NSDC）納米復合材料。與常規(guī)方法制備的復合電解質相比,NSDC表現(xiàn)出不同的特性,表現(xiàn)出極其優(yōu)秀的質子傳導率,在650℃時達到0.045 S·cm^-1,高出氧化物質子導體約5倍�；谒肗SDC9010納米復合電解質與LiNiO₂對... 

【文章來源】：深圳大學廣東省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同離子導電型復合電解質的SOFC工作原理示意圖，（a）質子導體，（b）氧離子導體和（c）

低溫固體氧化物電池氧化鈰-碳酸鹽復合電解質電化學性能研究51.2.2SOEC的工作原理固體氧化物電解池（SOEC）作為一種將電能和熱能轉化為穩(wěn)定的化學能的電化學裝置，其具體應用于電解水制備氫氣和氧氣、電二氧化碳制備一氧化碳及電解混合氣（水蒸氣和二氧化碳）制備合成氣等[4]。氫氣是一種可再生能源載體，因其具有環(huán)境友好和能量密度高等特點，因此開發(fā)持續(xù)高效地制氫技術一直是廣泛研究者們數(shù)百年來的研究熱點，尤其是在電解水制氫方面上。相比其它電解水制氫技術，在高溫運行下的固體氧化物電解池（SOEC）不但可以在低電壓下高效地電解水產生氫氣，而且能減少對電能的消耗[5]。SOEC的能量來源可以來自于可再生能源或核能等能源提供的熱能和電能[6]，實現(xiàn)環(huán)保且持續(xù)保持高效地大規(guī)模生產氫氣。其不僅能夠將H2O轉化為燃料氣體，如氫氣，還可以將電能轉化為穩(wěn)定的化學能儲存起來，如甲烷、乙醇等。從結構上看，SOEC和SOFC基本一致。但從工作原理上看，SOEC可以看作是SOFC的逆向操作[7]，其工作原理如圖1-2所示。以O2-導電型SOEC為例，其電極反應為：陽極：e4OO222(1-20)陰極：222OHe2OH(1-21)總反應：222OH2OH2(1-22)圖1-2氧離子導電電解質基SOEC模式的工作原理示意圖Figure1-2SchematicdiagramofworkingprincipleofSOECmodewithoxygenionicconductor在SOEC燃料電極上，水分子得到電子迅速被還原成氫氣和氧離子，氧離子通過電池內部的電解質，在氧電極（SOEC陰極）形成氧分子，同時釋放出電子。熱能和電能構成了SOEC電解水過程中的總能量：

低溫固體氧化物電池氧化鈰-碳酸鹽復合電解質電化學性能研究7圖1-3集成了SOFC和SOEC模式的RSOC工作原理圖：Figure1-3SchematicdiagramfortheoperationofRSOCincludingSOFCandSOECmodesSOFC與SOEC模式運行過程中的能效公式：2SOFCHinoutLHVHW(1-27)ininHoutQWLHVH2SOEC(1-28)式中，η表示為轉換效率，H表示為H2的摩爾通量，W表示電能，Q表示熱能，則LHV表示氫的低熱值。其中電能為：JVW(1-29)根據Nerrnst方程和Kirchhoff定律:JVASR(1-30)FJH)(2out(1-31)式中，V表示電池兩端電壓，J表示電流密度，ASR表示面積比電阻。所以，能效公式可以換算為：)(22HinSOFCLHVHASRV(1-32))(22ininHSOECQWASRLHVV(1-33)


本文編號：3404604