固体氧化物燃料电池氧化还原性能研究

发布时间：2022-01-26 04:00

　　固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC）是一款高能效、零污染有极大应用前景的新型能源转换装置。SOFC在经过氧化还原循环后微观结构发生变化,对电池整体结构的机械稳定性产生了不可逆的有害影响。本文结合扫描电镜、透射电镜、X射线微米CT技术等手段,通过对单层阳极电池抗氧化性的分析,研究了燃料电池的应变累积引发的电解质开裂,讨论了Ni-YSZ（镍-氧化钇稳定的氧化锆）阳极电池在氧化还原过程中Ni的扩散机制。主要结果如下:1.利用氧化还原热循环反应过程模拟电池运行,即Ni-YSZ阳极在冷却中重复氧化和在加热过程中还原。观察SOFC半电池阳极层Ni和电解质反应前后微观形貌和能谱变化,并结合物相分析、残余应力、热膨胀等方面对燃料电池进行了研究。结果表明Ni-YSZ阳极中的微观结构发生变化,如Ni颗粒会聚,电解质开裂等,性能劣化明显。2.在氧化还原热循环过程中,看到在氧化过程中Ni的迁移率比氧快,氧化镍会形成絮状结构,YSZ是氧导体材料,里面会有大量的氧空位,同时由于YSZ的结构特性,在多晶的界面附近会有团簇或者缺陷富集（Y元素掺杂富集和氧空位富集）。在氧化过程... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同温度下NiO-YSZ还原过程中被还原层厚度与时间的关系[28]

固体氧化物燃料电池氧化还原性能研究图1.3NiO空气中氧化质量在不同温度下随log（t）变化关系[29]1.5本文的主要工作和内容安排本文主要工作是利用扫描电子显微镜配合能谱仪，得到固体氧化物燃料电池Ni-YSZ复合阳极的微观形貌结构信息，并在其表面做元素的面、线分布分析，得出微区成分元素种类与含量分析。同时结合透射电子显微镜和高分辨率3DX射线显微镜，由三维重构技术得出固体氧化物燃料电池Ni-YSZ复合阳极的三维立体结构。通过对表面到内部单层阳极电池抗氧化性的分析，研究燃料电池的应变累积可引发电解质的开裂，并且讨论Ni-YSZ阳极电池在氧化还原过程中Ni的扩散机制。本文研究内容安排如下：1.概述研究背景及意义，固体氧化物燃料电池的发展历程、不足及未来的发展前景。说明燃料电池的材料结构组成、及作用机理，从反应原理层面解释了氧化还原反应的不稳定性和对材料性能的不可逆影响。介绍燃料电池现阶段的研究近况，针对镍基燃料电池在热循环过程中表现出来的不稳定性，本文展开实验论证。2.介绍阳极支撑固体氧化物燃料电池的测试方法及实验条件，建立氧化还原反应气体的热流场，搭建实验平台并设计实验，来研究SOFC半电池样品在800℃稳定条件下经历多次热循环后的结构性能变化及镍的扩散分布情况。3.在氧化还原反应过程后对SOFC表面结构进行表征。4.利用高分辨率3DX射线显微镜分别对氧化还原反应前后SOFC的三维立体结构进行研究并分析燃料电池阳极和电解质结构变化的原因和Ni相扩散的方向及扩散机理。

SOFC简介[31]

【参考文献】：
期刊论文
[1]固体氧化物燃料电池La0.9Ca0.1Fe1–xNbxO3–δ阳极的制备及性能[J]. 李炳颖,朱玥,刘瑞蕊,杨彤岩,王忠瑞,刘立敏.  硅酸盐学报. 2019(03)
[2]无碳能源:太阳氢[J]. 毛宗强.  百科知识. 2009(18)

博士论文
[1]燃料电池膜系结构氧化还原性能研究[D]. 王霞.西北工业大学 2014

硕士论文
[1]基于X射线CT技术研究Ni-YS阳极内部结构和气体扩散反应[D]. 郭鹏飞.中国科学技术大学 2016



本文编号：3609772