中温型SOFC复合阴极和阳极汇流问题的研究

摘要

目前，中温固体氧化物燃料电池是世界各国研究的重点。中温(700～800℃)范围内阴极的严重极化和汇流问题是导致燃料电池性能衰减和功率密度损失的主要原因。因此，本文分别研究了中温固体氧化物燃料电池的Co0.8Fe0.2O3-δ(SCF)-La0.45Ce0.55O2-δ(LDC)复合阴极材料和阳极侧的汇流问题。
　　首先，本论文采用了固相反应法和Pechini法制备了SCF阴极粉体，通过X射线衍射分析(XRD)对粉体进行了物相分析，没有发现杂质相的存在。使用激光粒度分析仪对粉体的粒度分布进行了测试，通过极化性能测试和电化学阻抗谱对用这些粉体制备的阴极进行了电化学性能测试，通过扫描电镜(SEM)对电极的微观形貌进行了观察，研究表明使用Pechini法在800℃煅烧3h制备的粉体的平均粒径最小，用其制备的SCF阴极的电化学性能最好。
　　其次，本论文研究了烧结温度和粘结剂-乙基纤维素的添加量对SCF阴极电化学性能的影响，研究表明SCF阴极最佳的烧结温度为1000℃，乙基纤维素的最佳加入量为8mass％。通过在SCF阴极材料中掺杂LDC材料来制备复合阴极材料，通过极化性能测试和电化学阻抗谱对单层和双层复合阴极的电化学性能进行了研究。研究表明LDC的掺杂改善了阴极材料与电解质材料和密封材料的热膨胀匹配性，增大了阴极反应的三相反应界面，提高了阴极的电化学性能。LDC掺杂量为40mass%的单层复合阴极在800℃的电化学性能最好，0.1V过电位时的极化电流密度达到了782.6mA·cm-2，极化电阻为0.11?·cm2。
　　最后，本文对阳极侧的汇流问题进行了研究，分别采用表面等离子喷涂和电化学沉积的方法在合金连接体阳极侧表面制备了Ni保护层，通过SEM、XRD和能谱分析对合金连接体表面的氧化层进行了分析，通过面电阻测试和氧化动力学分析对不同的表面处理方法进行了表征，研究表明表面有等离子喷涂Ni层的合金连接体在阳极气氛中800℃氧化250h后的面电阻为12m?·cm2，可以满足合金连接体的面电阻要求。通过面电阻测试对阳极汇流方案的汇流层和支撑层材料进行了选择。在96h测试中，整个阳极侧汇流方案在800℃的阳极气氛中的面电阻小于34m?·cm2。

目录

中温型SOFC 复合阴极和阳极汇流问题的研究

COMPOSITE CATHODE AND ANODICCURRENT COLLECTING PROBLEM OFINTERMEDIATE-TEMPERATURE SOFC

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 SOFC 概述

1.3 中温SOFC 概述

1.4 本课题的意义和主要研究内容

第2章 实验方法

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

2.3 表征方法

第3章 LSGM 基复合阴极的制备与性能研究

3.1 SCF 粉体的制备

3.2 粉体的性能表征

3.3 复合阴极材料的研究

3.4 本章小结

第4章 阳极侧汇流问题的研究

4.1 合金连接体阳极侧表面抗氧化涂层的制备及性能研究

4.2 汇流层的制备

4.3 支撑层材料选择

4.4 汇流方案的设计

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致 谢