固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,簡稱SOFC),是一種在中低溫條件下直接與氧化劑發(fā)生反應(yīng),環(huán)境友好地將儲存在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。由于全固態(tài)氧化物燃料電池具有燃料適應(yīng)性廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、全固態(tài)易保存、模塊化生產(chǎn)組裝、零化學(xué)污染等優(yōu)點(diǎn),因此受到了廣泛的關(guān)注,具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于全固態(tài)氧化物電解質(zhì)中氧離子的釋放及擴(kuò)散率較低,離子電導(dǎo)率有待提高,導(dǎo)致固態(tài)燃料電池的發(fā)展和應(yīng)用受到限制。針對上述問題,本文通過第一性原理和分子動力學(xué)方法,研究了扭轉(zhuǎn)晶界缺陷、傾斜界缺陷、材料晶粒度以及磷元素?fù)诫s對固體電解質(zhì)材料二氧化鈰中氧離子的擴(kuò)散及其離子導(dǎo)電性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明晶粒度為2 nm、3 nm、4 nm,5 nm的二氧化鈰多晶結(jié)構(gòu)模型中的氧離子擴(kuò)散率分別比二氧化鈰單晶結(jié)構(gòu)高53.7%、16.9%、6.3%,3.1%。在1200 K溫度下,晶粒度分別為2 nm、3 nm、4 nm,5 nm的二氧化鈰多晶結(jié)構(gòu)模型中的離子電導(dǎo)率比二氧化鈰單晶結(jié)構(gòu)高39.8%、25.5%、11.4%,2.5%。晶粒度為2 nm、3 nm、4 nm,5 nm...

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 燃料電池的工作原理及分類
        1.2.1 燃料電池的工作原理
        1.2.2 燃料電池的分類
    1.3 燃料電池電解質(zhì)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 氧離子傳導(dǎo)型電解質(zhì)
        1.3.2 質(zhì)子傳導(dǎo)型電解質(zhì)
        1.3.3 復(fù)合電解質(zhì)
    1.4 固體電解質(zhì)材料的研究現(xiàn)狀
    1.5 固體氧化物燃料電池的研究發(fā)展
    1.6 本文的研究目的及主要研究內(nèi)容
第2章 多晶CeO₂中O2
-擴(kuò)散行為的研究
    2.1 結(jié)構(gòu)建模與計(jì)算方法
        2.1.1 單晶及多晶模型建立
        2.1.2 勢函數(shù)的選取及計(jì)算方法和參數(shù)
        2.1.3 均方位移、擴(kuò)散激活能及氧離子電導(dǎo)率的計(jì)算方法
    2.2 單晶CeO₂中O2
-擴(kuò)散的擴(kuò)散行為研究
        2.2.1 均方位移
        2.2.2 自擴(kuò)散系數(shù)
        2.2.3 擴(kuò)散激活能
        2.2.4 氧離子電導(dǎo)率
    2.3 多晶CeO₂中O2
-擴(kuò)散的擴(kuò)散行為研究
        2.3.1 均方位移
        2.3.2 擴(kuò)散系數(shù)
        2.3.3 擴(kuò)散激活能
        2.3.4 氧離子電導(dǎo)率
    2.4 小結(jié)
第3章 Σ5扭轉(zhuǎn)晶界對CeO₂中O2
-擴(kuò)散的影響
    3.1 Σ5扭轉(zhuǎn)晶界的建立
    3.2 Σ5扭轉(zhuǎn)晶界對氧離子擴(kuò)散的影響
        3.2.1 Σ5扭轉(zhuǎn)晶界的晶間擴(kuò)散模式分析
        3.2.2 Σ5扭轉(zhuǎn)晶界對均方位移及擴(kuò)散激活能的影響
        3.2.3 Σ5扭轉(zhuǎn)晶界對氧離子電導(dǎo)率的影響
    3.3 小結(jié)
第4章 Σ5(210)[001]晶界對CeO₂中O2
-擴(kuò)散的影響
    4.1 Σ5(210)[001]晶界的建立
    4.2 Σ5(210)[001]晶界對CeO₂中氧離子的擴(kuò)散影響
        4.2.1 Σ5(210)[001]晶界的晶間擴(kuò)散模式分析
        4.2.2 Σ5(210)[001]晶界對均方位移及擴(kuò)散激活能的影響
        4.2.3 Σ5(210)[001]晶界對氧離子電導(dǎo)率的影響
    4.3 小結(jié)
第5章 摻雜對CeO₂中電子行為的影響
    5.1 引言
    5.2 結(jié)構(gòu)建模與計(jì)算方法
        5.2.1 結(jié)構(gòu)建模
        5.2.2 電子能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算
    5.3 電導(dǎo)率計(jì)算
    5.4 磷元素?fù)诫s對CeO₂態(tài)密度的影響
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果
致謝



本文編號：3804937

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