本文選題：固體氧化物燃料電池 + 氧化衫摻雜二氧化鈰　； 參考：《武漢理工大學(xué)》2010年博士論文

【摘要】： 固體氧化物燃料電池(SOFC)因其零排放、高效率、燃料適應(yīng)性廣而成為一種舉世公認(rèn)的綠色能源,得到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。但在走向?qū)嵱没蜕虡I(yè)化進(jìn)程中,還有一些問題沒有解決。其中一個(gè)主要問題是SOFC的工作溫度過高,從而帶來種種技術(shù)和材料困難。解決的主要措施是減小工作溫度下固體電解質(zhì)隔膜的電阻、提高電極的催化活性及機(jī)械強(qiáng)度。研究中溫下具有高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)材料,以及采用匹配性好和機(jī)械性能優(yōu)良的陽極支撐的薄膜電解質(zhì),是近年來國際上的熱點(diǎn)。 本論文工作采用環(huán)保的醋酸鹽為原料,以噴霧熱分解技術(shù)制備氧化衫摻雜二氧化鈰(SDC)粉末,研究實(shí)驗(yàn)配方及噴霧熱分解工藝對SDC粉末性能的影響,并采用差熱-熱重分析及熱力學(xué)計(jì)算研究了SDC的形成機(jī)制。 系統(tǒng)研究了水基流延SDC漿料的制備、分散劑及其分散機(jī)理、流變學(xué)特性、漿料干燥及成膜機(jī)理,結(jié)果表明：當(dāng)固相含量大于50wt.%時(shí)漿料顯示出較明顯的假塑性行為。三乙醇胺的分散機(jī)理主要為靜電穩(wěn)定機(jī)理。以20-25℃干燥16-24后,得到了表面平整光滑、顯微結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度和柔韌性高的SDC、NiO-SDC和NiO-YSZ：氧化釔穩(wěn)定氧化鋯)單膜生坯,生坯厚度與刮刀第2道刀口間隙的高度之間滿足1/2.5-1/3的關(guān)系。 研究了不同的脫脂和燒結(jié)制度對流延成型的SDC電解質(zhì)性能的影響,結(jié)果表明：高溫?zé)珊骃DC的相結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變,而晶粒尺寸增大。1400℃燒結(jié)2小時(shí)后得到了相對密度為97%的SDC電解質(zhì)。燒結(jié)過程的動(dòng)力學(xué)模型指出升高溫度、細(xì)化粉末粒徑可以促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行。SDC電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率表現(xiàn)出Arrhenius行為。1300℃,1400℃和1500℃燒結(jié)2小時(shí)的SDC電解質(zhì)的電導(dǎo)活化能分別為1.24 eV,0.90 eV和1.08 eV。1400℃燒結(jié)2小時(shí)的SDC在600℃時(shí)得到最大的離子電導(dǎo)率為9.5×10-3S·cm-1。 系統(tǒng)研究了電解質(zhì)厚度、疊層層數(shù)、疊層溫度、疊層壓力、共燒制度等因素對疊層法制備NiO-SDC和NiO-YSZ陽極,以及NiO-SDC陽極或NiO-YSZ陽極支撐的SDC薄膜電解質(zhì)性能的影響。結(jié)果表明：在較低的溫度和壓力下制備出了平整無裂紋的疊層片。經(jīng)1400℃共燒2h后,NiO-YSZ陽極達(dá)到了較高的機(jī)械性能并達(dá)到實(shí)用要求。采用疊層法成功制備出了直徑為25mm,厚度為1.2mm的NiO-YSZ陽極支撐SDC薄膜電解質(zhì)半電池。 從理論上推導(dǎo)了單電池電動(dòng)勢與溫度的關(guān)系及電流與氫氣用量間的關(guān)系,并首次提出了氫氣用量的閾值。研究了溫度和氫氣用量對單電池Ni-YSZ//SDC//LSCF-SDC電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：單電池于500℃,600℃,700℃,800℃時(shí)的最大功率密度分別為26.60 mW/cm2,42.30 mW/cm2,66.78 mW/cm2,93.03 mW/cm2,開路電壓分別為0.978V,0.921V,0.861V,0.803V。各個(gè)溫度下單電池的濃差極化較大,較低溫時(shí)歐姆極化較大。單電池中Ni-YSZ陽極和SDC電解質(zhì)界面間發(fā)生反應(yīng)形成了低電導(dǎo)率的中間層。在未達(dá)到氫氣用量閾值之前,單電池產(chǎn)生的電流I和其氫氣用量v之間滿足v=1.25×10-71I的定量關(guān)系：閾值之后,電流不隨氫氣用量的增大而增大。 本文最后對流延-疊層法制備陽極支撐平板型中溫固體氧化物燃料電池的發(fā)展方向進(jìn)行了展望,指出采用雙層流延制備Ni-SDC//SDC//LSCF-SDC單電池,從而得到電極與電解質(zhì)間無界面反應(yīng)、匹配性好的單電池是進(jìn)一步提高其性能的關(guān)鍵。
[Abstract]:Solid oxide fuel cell (SOFC) has become a worldwide recognized green energy source because of its zero emission, high efficiency and wide adaptability to fuel. However, there are some problems that have not been solved in the process of becoming practical and commercialized. One of the main problems is that the working temperature of SOFC is too high. The main measures to be solved are to reduce the resistance of the solid electrolyte diaphragm at working temperature and to improve the catalytic activity and mechanical strength of the electrode. The study of the solid electrolyte materials with high ionic conductivity at middle temperature and the film electrolytes with good matching and excellent mechanical properties are the recent years. Come to the hot spot at the international level.
In this paper, two cerium oxide (SDC) powder was prepared by the spray thermal decomposition technique with the green acetate as the raw material. The effect of the experimental formula and the spray thermal decomposition process on the properties of SDC powder was studied. The formation mechanism of SDC was studied by differential thermal gravimetric analysis and thermodynamic calculation.
The preparation of water based SDC slurry, dispersant and its dispersing mechanism, rheological properties, slurry drying and film forming mechanism are studied. The results show that the slurry shows a more obvious pseudoplastic behavior when the solid content is greater than 50wt.%. The dispersion mechanism of triethanolamine is mainly the mechanism of static electricity stability. After drying at 20-25 degrees centigrade for 16-24, the table is obtained. The surface of the SDC, NiO-SDC and NiO-YSZ: yttrium stabilized zirconia and the height of the second blade gap of the scraper meet the relationship between the height of the blade and the height of the blade gap between the blade and the blade.
The effect of different degreasing and sintering systems on the performance of SDC electrolyte was studied. The results showed that the phase structure of SDC was not changed after high temperature sintering, and the relative density of SDC electrolyte was obtained after 2 hours of grain size increasing at.1400 C. The kinetic model of the sintering process pointed out the increase of temperature and refining the powder. The ionic conductivity of the sintering process can be promoted by the particle size of the.SDC electrolyte, which shows the Arrhenius behavior at.1300 C. The conductance activation energy of the SDC electrolyte at 1400 and 1500 C for 2 hours is 1.24 eV, 0.90 eV and 1.08 eV.1400 C for 2 hours at 600 degrees C, and the maximum ionic conductivity is 9.5 x 10-3S. Cm-1..
The effects of electrolyte thickness, layer number, layer temperature, stacking pressure, CO firing system on the preparation of NiO-SDC and NiO-YSZ anodes by stacking method and the performance of SDC film electrolyte supported by NiO-SDC anode or NiO-YSZ anode were investigated. The results showed that the layer without crack was prepared under the lower temperature and pressure. After a co firing of 2H at 1400 C, the NiO-YSZ anode achieved high mechanical properties and achieved practical requirements. The NiO-YSZ anode supported SDC film electrolyte half battery with a diameter of 25mm and a thickness of 1.2mm was successfully prepared by stacking method.
The relationship between the electromotive force and the temperature of the single cell and the relation between the current and the amount of hydrogen is derived theoretically. The threshold of the amount of hydrogen is first proposed. The effects of the temperature and hydrogen amount on the electrical properties of the single cell Ni-YSZ//SDC//LSCF-SDC are studied. The results show that the maximum power density of the single cell at 500, 600, 700, and 800. The 26.60 mW/cm2,42.30 mW/cm2,66.78 mW/cm2,93.03 mW/cm2, respectively, the open circuit voltage is 0.978V, 0.921V, 0.861V, and 0.803V., the concentration polarization of the single cell is larger and the ohm polarization is larger at the lower temperature. The middle layer between the Ni-YSZ anode and the SDC electrolyte interface should be formed in the single battery. Before the dosage threshold, the quantitative relationship between the current I produced by a single cell and the amount of hydrogen content of V satisfies the quantitative relationship of v=1.25 x 10-71I: after the threshold, the current does not increase with the increase of the amount of hydrogen.
At the end of this paper, the development direction of the plate type medium temperature solid oxide fuel cell (solid oxide fuel cell) for the anode supported plate by the laminating method is prospected. It is pointed out that the double layer casting is used to prepare the Ni-SDC//SDC//LSCF-SDC single cell, so that there is no interfacial reaction between the electrode and the electrolyte, and the single cell with good matching is the key to further improve its performance.
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM911.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊全勇;余意;詹志剛;;密封層厚度對國產(chǎn)材料燃料電池性能影響[J];電池工業(yè);2011年03期

2 蘇蕙;吳也凡;羅凌虹;程亮;石紀(jì)軍;;以(Cu Ce Zr O) ScSZ為陽極的固體氧化物燃料電池的制備及性能[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2011年08期

3 羅凌虹;侯冰雪;吳也凡;王程程;程亮;石紀(jì)軍;廖花妹;;石墨含量對流延制備IT-SOFC電化學(xué)性能的影響[J];稀有金屬材料與工程;2011年S1期

4 王紹榮;;固體氧化物燃料電池的發(fā)展形勢和任務(wù)[J];科學(xué)中國人;2011年14期

5 潘霞;吳也凡;羅凌虹;石紀(jì)軍;程亮;張家嵩;沈國陽;蘇蕙;;中溫固體氧化物燃料電池Ni-YSZ陽極浸漬制備[J];稀有金屬材料與工程;2011年S1期

6 王嬌燕;王玉靈;金惠梅;馬兵兵;周燕燕;王雁鵬;閆瑞強(qiáng);;中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)YSZ薄膜的低溫制備和性能表征[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2011年24期

7 王涵多;劉江;丁姣;;擠出成型法制備陽極支撐型固體氧化物燃料電池[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2011年07期

8 王傳嶺;白耀輝;丁姣;劉江;;浸漬法制備陽極支撐管式固體氧化物燃料電池[J];電源技術(shù);2011年07期

9 鐘清蓮;;固體氧化物燃料電池Co-YSZ陽極浸漬制備研究[J];中小企業(yè)管理與科技(上旬刊);2011年07期

10 程宏輝;王昌龍;曹磊;陳飛;潘金平;王蔚國;;固體氧化物燃料電池氣密性檢測裝置的設(shè)計(jì)[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2011年14期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 謝光遠(yuǎn);;平板式SOFC結(jié)構(gòu)中單電池的應(yīng)力模型分析[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

2 程璇;許帆;張璐;劉連;;扭矩對PEMFC單電池壽命性能的影響[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

3 隋靜;李偉善;陳紅雨;黃啟明;;200KW磷酸燃料電池堆壽命分析[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

4 李成新;李長久;寧先進(jìn);;工作條件對熱噴涂制備的SOFC輸出特性的影響[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

5 李勇;邵剛勤;史曉亮;段興龍;孫鵬;王天國;;平板式固體氧化物燃料電池單電池的研制[A];2006年全國功能材料學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2006年

6 王紹榮;聶懷文;王文;曹佳弟;溫廷璉;呂之奕;王大千;;中溫平板型固體氧化物燃料電池堆的研究[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

7 王紹榮;聶懷文;曹佳弟;溫廷璉;呂之奕;王大千;;中溫平板型固體氧化物燃料電池堆的研究[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集稀土專輯[C];2004年

8 李成新;李長久;寧先進(jìn);;工作條件對熱噴涂制備的SOFC輸出特性的影響[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集稀土專輯[C];2004年

9 王進(jìn);劉瑞泉;陸毅;;全氟磺酸型質(zhì)子交換膜在低溫常壓電化學(xué)合成氨中的應(yīng)用[A];2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

10 張尚權(quán);劉衛(wèi);;雙層流延法制備Ba_3Ca_(1.18)Nb_(1.82)O_(9-δ)高溫質(zhì)子導(dǎo)體膜研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第4分冊）[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 韓良華;新型燃料電池單電池在宜問世[N];宜興日報(bào);2010年

2 劉霞;用我也能建高樓大廈[N];科技日報(bào);2009年

3 于洋;直接甲醇燃料電池研究取得成果[N];中國化工報(bào);2011年

4 ;中晶飛碼1000多樣的無線方案[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2003年

5 ;東芝Satellite 5200移動(dòng)夢工廠[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2003年

6 ;迅馳不是洗牌機(jī)[N];科技日報(bào);2003年

7 鯤鵬;誰是最可愛的本[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2005年

8 翟揚(yáng);燃料電池，，掀起你的蓋頭來[N];中國有色金屬報(bào);2002年

9 汪云;借“迅馳”發(fā)力[N];計(jì)算機(jī)世界;2003年

10 記者　 姜艷艷;修訂手機(jī)“三包”還沒時(shí)間表[N];華夏時(shí)報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李喜寶;流延—疊層法制備平板型中溫固體氧化物燃料電池的研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

2 于潔;固體氧化物燃料電池鈣鈦礦型復(fù)合氧化物陰極材料的研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

3 蔣淇忠;直接甲醇燃料電池的基礎(chǔ)研究[D];華南理工大學(xué);2000年

4 徐丹;中溫固體氧化物燃料電池CeO_2基復(fù)合電解質(zhì)材料的制備和性能研究[D];吉林大學(xué);2008年

5 王志成;基于納米結(jié)構(gòu)的中低溫固體氧化物燃料電池電極的制備和性能研究[D];浙江大學(xué);2008年

6 劉慶華;高效能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存過程的理論模擬，分析和實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2010年

7 閆瑞強(qiáng);中溫固體氧化物燃料電池固體電解質(zhì)的制備科學(xué)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

8 畢武喜;平板式固體氧化物燃料電池氣道模擬與優(yōu)化[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

9 王江;直接甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象的研究[D];東南大學(xué);2005年

10 魏波;固體氧化物燃料電池新型陰極材料及在單室結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 關(guān)波;質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)BaZr_（0.1）Ce_（0.7）Y_（0.2）O_3的制備和性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 侯冰雪;陽極微觀結(jié)構(gòu)對平板式IT-SOFC單電池性能影響研究[D];景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院;2011年

3 潘霞;中溫固體氧化物燃料電池浸漬陽極的制備及電池性能研究[D];景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院;2011年

4 吳曦;質(zhì)子交換膜燃料電池測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及單電池建模[D];上海交通大學(xué);2010年

5 王劍;高電導(dǎo)率的IT-SOFCs用無機(jī)電解質(zhì)的研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

6 宗衛(wèi)正;單氣室固體氧化物燃料電池制備工藝的研究[D];清華大學(xué);2010年

7 于吉;復(fù)合電解質(zhì)材料Ce_（0.85）Sm_（0.15）O_（1.925）-BaCe_（0.8）Y_（0.2）O_（2.9）的制備與性能表征[D];吉林大學(xué);2010年

8 王程程;高性能中溫SOFC單電池的制備及其電化學(xué)性能研究[D];景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院;2010年

9 謝淑紅;中溫固體氧化物燃料電池的制備工藝[D];華中科技大學(xué);2004年

10 劉科;多孔陶瓷支撐型固體氧化物燃料電池研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

本文編號：2056969