HS固体氧化物燃料电池阳极催化剂的制备及其性能研究

摘要

实验分别采用尿素-硝酸盐燃烧法和溶胶凝胶法制备H2S固体氧化物燃料电池的2类阳极催化剂，运用热重-差热、X射线衍射、耐硫性能测试等手段对2类催化剂进行表征，并筛选出2种合适的耐硫阳极催化剂，进行电催化性能研究，为H2S固体氧化物燃料电池耐硫阳极催化剂的研究提供选择。 采用尿素-硝酸盐燃烧法制备3种阳极催化剂La0.75Sr0.25Cr0.5Fe0.5O3-δ、La0.75Sr0.25Cr0.5Co0.5O3-δ和La0.75Sr0.25Cr0.5Ni0.5O3-δ(分别记作LSCrF、LSCrC和LSCrN)。表征结果表明：3种催化剂热稳定性好，在900℃煅烧后，均形成典型的钙钛矿结构，均具较大的比表面。在500℃～850℃温度范围内，在同种气氛中，3种催化剂的电导率均随温度的升高而增大。相同条件下，3种催化剂的电导率大小顺序为LSCrF>LSCrC>LSCrN。催化剂LSCrF与电解质BCZY的化学相容性、耐硫性能均比催化剂LSCrC和LSCrN好。 采用溶胶凝胶法制备3种Co-Mo(Co：Mo=1：1、2：1、2：3)催化剂。表征结果表明：3种催化剂热稳定性较好，但存在Mo升华的现象。在相同温度下，3种催化剂的电导率随钴含量的升高而升高，Co：Mo=2：1电导率最高，最大值可达0.82S·cm-1。催化剂Co：Mo=1：1与电解质的化学相容性较其它2者好。3种Co-Mo催化剂在H2S气氛中的稳定性均很好。 从2类催化剂中筛选出性能较好的LSCrF催化剂、Co：Mo=2：3催化剂，作为阳极催化剂，结合电解质BCZY和阴极Ag，制备燃料电池A和燃料电池B。通过测定燃料电池电池A和燃料电池B在不同温度下的电化学性能；以及通过测定LSCrF催化剂、Co：Mo=2：3催化剂在不同温度下的极化过电位、计算出交换电流密度i0，来对催化剂的电催化性能进行研究。结果表明：在600℃～800℃温度范围内，随着温度的升高，LSCrF催化剂、Co：Mo=2：3催化剂的电催化性能随温度升高而增强；在相同的条件下，催化剂LSCrF的电催化性能比Co：Mo=2：3催化剂好。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1燃料电池及其应用

1.1.1燃料电池的工作原理

1.1.2燃料电池的特点

1.1.3燃料电池分类及其应用

1.2 H2S固体氧化物燃料电池

1.2.1 H2S固体氧化物燃料电池研究背景及意义

1.2.2 H2S固体氧化物燃料电池研究进展

1.3 H2S固体氧化物燃料电池阳极催化剂

1.3.1电催化与电催化剂

1.3.2固体氧化物燃料电池阳极催化剂

1.3.3 H2S固体氧化物燃料电池阳极催化剂研究背景及意义

1.3.4 H2S固体氧化物燃料电池阳极催化剂研究进展

1.4 LaCrO3基钙钛矿型阳极催化剂

1.5 Co-Mo系阳极催化剂

1.6课题的主要研究内容

2 LaCrO3基钙钛矿型阳极催化剂的制备与表征

2.1实验制备

2.1.1实验药品及设备

2.1.2 LSCrM催化剂的制备

2.1.3LSCrM催化剂的表征方法

2.2 LSCrM催化剂的表征

2.2.1 LSCrM催化剂TG-DTA分析

2.2.2 LSCrM催化剂XRD分析

2.2.3 LSCrM催化剂比表面测试

2.2.4 LSCrM催化剂电导率测定

2.2.5 LSCrM催化剂化学相容性测试

2.2.6 LSCrM催化剂耐硫性能测试

2.3本章小结

3 Co-Mo催化剂的制备与表征

3.1实验制备

3.1.1实验药品及设备

3.1.2 Co-Mo催化剂的制备

3.1.3 Co-Mo催化剂的表征方法

3.2 Co-Mo催化剂的表征

3.2.1 Co-Mo催化剂TG分析

3.2.2 Co-Mo催化剂XRD分析

3.2.3 Co-Mo催化剂SEM分析

3.2.4 Co-Mo催化剂电导率测定

3.2.5 Co-Mo催化剂化学相容性测试

3.2.6 Co-Mo催化剂耐硫性能测试

3.3本章小结

4阳极催化剂电催化性能研究

4.1实验部分

4.1.1实验药品及设备

4.1.2单体燃料电池的制备

4.1.3阳极催化剂电催化性能测试

4.1.4燃料电池脱硫性能测试

4.2结果与讨论

4.2.1开路电压的理论计算

4.2.2实验实测开路电压

4.2.3阳极催化剂对电池电输出性能的影响

4.2.4阳极催化剂对H2S转化率的影响

4.3本章小结

5阳极催化剂电化学动力学研究

5.1电极反应动力学

5.1.1交换电流密度与电极极化

5.1.2电极反应动力学方程

5.2阳极催化剂的极化实验

5.3阳极催化剂电化学动力学分析

5.3.1阳极极化过电位

5.3.2阳极催化剂交换电流密度

5.4本章小结

6结论与展望

致 谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间主要科研成果