固体氧化物电解电池支撑阴极的孔结构对CO 2 电解性能的影响

发布时间：2025-02-08 11:38

　　应用固体氧化物电解电池（SOEC）电解技术在CO₂利用和转化方面显示出巨大的潜力,利用风能、潮汐能、太阳能等可再生能源提供电能和热能对CO₂等温室气体进行电解,不仅消耗CO₂还能够生产CO这种化学工业原料和气体燃料,被认为是最清洁,高效的能量循环系统。因此,改善固体氧化物电解池的电解性能在近年来受到越来越广泛的关注。SOEC是复杂的电化学装置,一般由三个组件构成:上下部分为多孔的阳极和阴极,中间部分为致密的电解质层。在制造过程中,电池需要支撑的电极以提供机械强度。在研究初期,由于化学和机械稳定性,SOEC使用电解质层作为支撑电极,但欧姆极化随着电解质厚度增加而增加。因此,SOEC已从电解质支撑的电池过渡到电极支撑的电池以减少欧姆损耗。如今,大多数SOEC是由阴极支撑的电池。由于Ni-YSZ材料具有高性能、价格低等优势成为固体氧化物电解池最常用的阴极材料。在Ni-YSZ阴极中,Ni作为电子导体,YSZ作为离子导体,孔作为气体通道共同组成了电化学反应界面,这一界面称为三相界面（TPB）。电解过程中,反应气体需要通过孔通道传输到...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 固体氧化物电解池概述
        1.2.1 SOEC工作原理
        1.2.2 SOEC关键材料
    1.3 常见电池支撑体
        1.3.1 电解质支撑
        1.3.2 电极支撑
        1.3.3 金属支撑
    1.4 阴极支撑体孔结构的作用
    1.5 电极成孔机制
    1.6 本课题的研究意义和研究内容
第二章 实验方案设计与研究方法
    2.1 实验试剂
    2.2 主要试验设备
        2.2.1 行星式球磨机
        2.2.2 Solarton1260-1287 电化学工作站
        2.2.3 压汞仪
    2.3 阴极支撑电解池制备
        2.3.1 干压法制备阴极支撑体
        2.3.2 相转化制备阴极支撑体
        2.3.3 电解质及阳极的制备
    2.4 实验测试手段
        2.4.1 扫描电子显微分析
        2.4.2 孔隙率及孔径分布
        2.4.3 透气性
        2.4.4 电化学性能测试
        2.4.5 DCF模拟技术
第三章 造孔剂对阴极孔结构的影响
    3.1 背景介绍
    3.2 电极性能分析
        3.2.1 孔隙率和孔径分布
        3.2.2 气体渗透
    3.3 电化学性能分析
        3.3.1 孔结构对电池气体扩散的影响
        3.3.2 气体扩散在燃料模式和电解模式下的性能影响
        3.3.3 CO₂电解的阻抗谱分析
    3.4 本章小结
第四章 相转化法制备两种新型孔结构
    4.1 背景介绍
    4.2 阴极微观结构分析
    4.3 电化学性能分析
        4.3.1 阴极支撑体内的气体扩散
        4.3.2 烧结温度的影响
    4.4 本章小结
第五章 阴极/电解质界面的优化
    5.1 背景介绍
    5.2 结果与分析
        5.2.1 孔隙率
        5.2.2 NiO/YSZ比例
        5.2.3 厚度
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
致谢
附录



本文编号：4031465