注浆成型法制备的固体氧化物燃料电池镍基阳极及其性能研究

摘要

燃料电池通过电化学反应把燃料的化学能中的部分吉布斯自由能转换成电能，不受卡诺循环效应，具有较高效率；固体氧化物燃料电池（SOFC）因具有高效、清洁、环境友好等优点，近年来受到国际的普遍关注。注浆成型是一种传统的陶瓷制备方法，本论文采用该方法制备了锥管状和长管状阳极支撑体。
　　 论文采用燃烧法和氨水沉淀法合成阳极材料NiO，燃烧法和柠檬酸一硝酸盐法合成电解质材料GDC，采用溶胶凝胶法合成阴极材料LSM和BSCF。并采用X射线衍射分析，微观形貌分析等方法对合成的粉体进行表征分析。
　　 采用了几种NiO粉体制备出阳极支撑体，并采用TOSOH的YSZ粉制备出悬浮性良好的电解质浆料，浸渍出具有6～20μm的YSZ电解质薄膜，并制作出NiO-YSZ/YSZ/LSM-YSZ单电池，电池在800℃的OCV最高可达到1．05V以上，在850℃电池的最大功率密度为1．15Wcm-2。研究结果显示采用INCO公司的NiO粉末来制作阳极支撑体是较好选择。
　　 采用注浆成型法制备出NiO-GDC阳极支撑体，采用浸渍法成功制备出具有15μm的GDC电解质薄膜，并进行单电池的性能测试和阻抗谱分析。电池在600℃的最大输出功率密度为0．34 Wcm-2。在500～600℃，初次电池的界面电阻数据为0．97，0．71和0．15Ωc㎡，再测试数据为1．46，0．71和0．41Ωc㎡。初次电池在600℃时的欧姆电阻为0．06Ωc㎡，第二次的欧姆电阻为0．12Ωc㎡。说明电池的界面电阻是影响电池输出性能的主要因素，从电池的OCV以及阻抗分析来看，电池的制作工艺已经在慢慢成熟，但是仍然有较大的提升空间。后续工作需要继续进行。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 燃料电池简介

1.1.1 课题背景

1.1.2 燃料电池的概述及分类

1.1.3 燃料电池的特点

1.1.4 燃料电池的历史及应用研究

1.2 固体氧化物燃料屯池的原理及组件

1.2.1 工作原理

1.2.2 关键组件

1.3 固体氧化物燃料电池发展现状及趋势

1.4 本论文研究内容和创新点

1.4.1 本论文的研究内容

1.4.2 本论文的创新点

第二章 试验部分

2.1 主要仪器及试剂

2.1.1 试剂和原料

2.1.2 主要仪器

2.2 样品的测试及主要表征方法

2.2.1 x射线衍射分析

2.2.2 扫描电子显微镜

2.2.3 密度及孔隙率

2.2.4 电池性能测试

第三章 注浆成型法制备阳极基底

3.1 注浆成型

3.1.1 工艺介绍

3.1.2 工艺制作过程

3.1.3 工艺讨论

3.1.4 注浆成型缺陷分析

3.1.5 坯体烧结

3.2 本章小结

第四章 注浆成型法制备NiO—YSZ阳极支撑体及其性能研究

4.1 引言

4.2 电极材料的制备

4.2.1 合成NiO及表征

4.2.2 溶胶凝胶法合成LSM及表征

4.3 电极的制备

4.3.1 阳极支撑体的制备

4.3.2 电解质材料的制备

4.3.3 阴极浆料的制备

4.3.4 单电池的制备

4.4 电池性能测试及分析

4.4.1 电池性能测试

4.4.2 电池性能及阻抗谱分析

4.5 本章小结

第五章 注浆成型法制备NiO—GDC阳极支撑体及其性能研究

5.1 引言

5.2 GDC电解质粉末的制备

5.2.1 柠檬酸_石肖酸盐法合成GDC

5.2.2 甘氨酸—硝酸盐燃烧法合成GDC及表征

5.2.3 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3—δ的制备

5.3 电池的制备

5.3.1 阳极支撑体的制备

5.3.2 电解质材料的制备

5.3.3 阴极浆料的制备

5.3.4 单电池的制备

5.4. 电池性能测试及分析

5.4.1 电池性能测试

5.4.2 电池性能及阻抗谱分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢