Ni掺杂的PBFM作为中温SOFC阳极的设计和性能研究

发布时间：2021-04-12 13:16

　　随着社会经济快速发展,能源匮乏和环境污染问题日益突显。发展新型能源和新的能量转换方式是两种最可靠的解决方案。SOFC具有效率高、产物清洁、燃料选择性范围广、电解质稳定等特点备受关注。然而传统的Ni基阳极在碳氢燃料下极易发生积碳和硫中毒,使得电池性能发生快速衰减,不利于发挥SOFC燃料选择性广的优势。发展新型氧化物阳极材料代替Ni基金属阳极是解决材料积碳和硫中毒的有效方法,但是氧化物阳极通常具有低催化活性的缺点,尤其是在中低温条件下。这与SOFC操作温度中低温化的发展趋势产生矛盾。因此开发在中低温条件下具有优异抗积碳和硫中毒且具有优异催化性能的阳极材料具有重要意义。围绕发展中低温下兼具高抗积碳性、抗硫中毒性和高催化活性的阳极材料这一关键问题,本论文从基体氧化物和掺杂元素两方面出发进行阳极优化:以A位缺陷的（PrBa）0.95Fe1.9Mo0.1O6-δ钙钛矿氧化物为基体材料,新氧化物的设计有利于提升阳极的稳定性;同时利用掺杂Ni元素在还原条件下可从氧化物中析出纳米金属粒子,提高氧化物阳极对丙烷、合成气（含50ppm H2S）等燃料下的催化性能。论文主要包含如下三个章节:第一章围绕SOFC... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?ＳＯＦＣ分类及其工作原理??

?第一章绪论???达到０．６４?Ｓ?ｃｎｒ１。然而，从图１．２可以看出，当温度降低到６５０?°Ｃ以下时，ＹＳＺ的??离子导电率与其他类型的电解质相比明显失去优势，这也严重影响了低温下电池??的最大功率密度。因此，需要通过调整工艺方法（如采用脉冲激光沉积（ＰＬＤ）??和化学气相沉积（ＣＶＤ）等方法）制备薄膜化电解质，来降低电解质的欧姆阻抗。??但是薄膜化的电解质存在机械强度低等问题。??Ｔ（°Ｃ）??６５０?６００?５５０?５００?４５０?４００??＂＂＂ＤＷＳＢ：?Ｄｙ＾Ｗ５〇４ＢＷ〇，Ｋ??ＥＳＢ＾ｒ＾Ｂｉ＾Ｏ，??０－１１??７?０．０１?ｙ?…??１?：??ｏ?１Ｅ－３?ｖ?？?????１Ｆ－４－Ｉ?§?，?丨?，?，?，??１．１?１．２?１．３?１．４?１．５??１０００／Ｔ（Ｋ＇１）??图１．２?—些常用电解质的离子电导率??１．３．１‘２Ｃｅ０２基电解质??二氧化铈基电解质材料更适用于运行温度低于６００?°Ｃ时的Ｓ０Ｆｄ５ｌ。降低??Ｓ０ＦＣ工作温度会带来诸多方便，如使电池受到较小的热应力和机械应力、降低??热激活过程，并且在中温下操作使得电池组成材料选择范围广、电池启动时间短、??易于维护、方便进行热管理等［６］。研宄表明，碱土金属氧化物（ＭｇＯ、ＢａＯ、ＣａＯ??和ＳｒＯ等）和稀土氧化物（如ＡＳ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、和Ｓｍ２〇３等）可被用作铈基电解质材??料的掺杂剂［７］。在这些掺杂剂中，Ｓｍ２０３和ＣａＯ对材料电导率的提升最为显著。碱??土金属氧化物中ＣａＯ和ＳｒＯ作为掺杂剂时可以大大提高材料的电导率，但是ＭｇＯ??和ＢａＯ作为掺杂剂时对电导的贡献

有多种混合价态时，电子可在Ｂ－０－Ｂ之间传输。因此??钙钛矿氧化物可同时具有离子和电子导电性，具备作为Ｓ〇ＦＣ阳极最基本的性质。??在过去的二十年中，科学家们对钙钛矿氧化物阳极材料进行了大量的研宄，目的??在于改善阳极在含碳含硫燃料气中的抗积碳性能、抗硫和磷等杂质引起的催化剂??中毒及其氧化还原循环稳定性能等。目前发展的钙钛矿型阳极材料主要有单钙钛??矿相、双耗钛矿相、Ｒｕｄｄｌｅｓｄｅｎ－Ｐｏｐｐｅｒ相（ＲＰ相）。??１．３．２．４．１单钙钛矿阳极材料??〇??（ａ）晶脸??图１．３钛矿氧化物晶体结构示意图（立方相）阴影球表示Ａ位离子，氧八面体中心黒色球??表示Ｂ位原子，白色球表示氧原子??单钙钛矿材料的化学式表达式为ＡＢ０３，结构示意图如图１．３所示，钙钛矿氧??８??


本文编号：3133362