中温固体氧化物燃料电池固体电解质的制备科学研究

摘要

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种电化学能量转换装置,具有能量转换效率高、对环境友好和操作简单等优点,在世界范围内得到了广泛关注和大力研究开发。传统的SOFCs由于工作温度高(1000℃左右)带来诸多材料和技术问题,因此,降低其工作温度至中温范围(600-800℃)成为当前国际上SOFCs研发的趋势。为达到中温化目的,主要有两条研究途径:其一是研究探索在中温条件下氧离子传导率比现有的YSZ高得多的新型固体电解质材料,其二是减小固体电解质的厚度,发展多孔电极支撑的薄膜化电解质制备技术,以降低电池内阻,增大功率输出。
　　本论文针对发展中温SOFCs的应用背景以及降低成本和实用化的目标,主要侧重于致密固体电解质薄膜的制备工艺技术研究和膜层电化学性能表征以及单电池性能评价等,着力于提高SOFCs性能。
　　论文的第一章绪论概括的介绍了SOFCs的工作原理和关键材料,尤其是电解质材料的研究进展以及SOFCs致密电解质薄膜的制备方法等,确定了本论文的研究目标。

目录

致谢

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

第一节 固体氧化物燃料电池概述

1.1 燃料电池

1.2 SOFCs的工作原理

第二节 电解质材料

2.1 YSZ材料

2.2 掺杂CeO_2

2.3 掺杂LaGaO_3

2.4 掺杂Bi_2O_3

2.5 LaAlO_3

2.6 钙铁石结构

2.7 非立方结构氧化物

第三节 致密电解质薄膜制备技术

3.1 化学气相沉积

3.2 丝网印刷法

3.3 电化学气相沉积

3.4 溶胶-凝胶法

3.5 流延法

3.6 浆料涂覆法

3.7 粉体喷涂

第四节 立题背景及研究的目标、内容和意义

参考文献

第二章 改进的固相反应法制备电解质材料

第一节 电解质材料Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)粉体的制备和表征

1.1 制备过程

1.2 粉体性能表征

1.3 结果与讨论

第二节 电解质材料La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.83)Mg_(0.17)O_(2.815)粉体的制备和表征

2.1 主要原料

2.2 实验过程

2.3 性能表征

2.4 结果与讨论

本章小结

参考文献

第三章 SDC低温烧结过程的动力学研究

第一节 有关陶瓷烧结动力学理论的调查

1.1 烧结机

1.2 烧结理论模型

1.3 烧结动力学

第二节 SDC低温烧结过程的动力学

2.1 实验部分

2.2 结果和讨论

本章小结

参考文献

第四章 空气喷涂技术及YSZ致密薄膜的制备

第一节 空气喷涂工艺

1.1 空气喷涂的原理和特点

1.2 空气喷涂的设备

1.3 空气喷涂操作方法

1.4 影响薄膜质量的因素

1.5 空气喷涂中常见问题与解决办法

第二节 空气喷涂制备YSZ致密薄膜

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

第三节 YSZ浆料体系的热解动力学

3.1 动力学方法简介

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

本章小结

参考文献

第五章 空气喷涂制备单电池的性能评价和优化

第一节 电池性能的测量

1.1 SOFC电池电动势(e.m.f)

1.2 SOFC的开路电压(OCV)

1.3 电池的极化现象

1.4 SOFCs的典型Ⅰ-Ⅴ曲线

第二节 单电池制备及性能评价

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

第三节 电池性能优化

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

第四节 添加助烧结剂的YSZ膜的制备和表征

4.1 实验部分

4.2 结果和讨论

本章小结

参考文献

第六章 管状燃料电池电解质薄膜制备和表征

第一节 管状SOFCs单电池的制备

1.1 阳极衬底制备

1.2 电解质膜制备

1.3 阴极制备

1.4 电池表征和性能测试

第二节 结果与讨论

2.1 阳极衬底表征

2.2 衬底预烧温度对薄膜致密度的影响

2.3 单电池性能

本章小结

参考文献

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