固体氧化物燃料电池的性能退化模拟与抗积碳阳极设计
发布时间：2021-04-12 21:54
固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种新能源技术,能够直接将燃料中的化学能转换为电能,具有能量效率高、污染排放小、燃料选择性多等优势,有着广阔的发展前景。由于SOFC工作在高温（600-1000摄氏度）下,电池材料的退化也变得更加显著,由此导致的长期稳定性不足是阻碍SOFC商业化的一大障碍,成为了研究的热点之一。实验方法是SOFC研究的基础,但由于其存在耗时长、花费高等特点,因此理论计算与数值模拟逐渐成为了有效的补充方式。理论计算与数值模拟效率较高而且成本低,可以深入地分析电池材料的微观结构与有效性质的关系,考察微结构的改变对于电池性能的影响,为材料结构演变导致的性能退化提供具体信息,进而协助材料结构的优化。数值模拟还能提供电池内部的组分、电流等的分布情况,为电池结构与工作条件的设计与优化提供支持,对于SOFC技术的发展具有重要的价值。本博士学位论文的主要工作是通过模拟仿真技术研究由于材料性质变化而导致的SOFC长期性能的退化。下面对于各个章节的主要内容进行简单的介绍。第一章首先介绍了 SOFC的发展历史以及未来的前景,指出了 SOFC技术的优势与缺点,之后详尽的介绍了 SOFC的几何...
【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】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２０１１年中国能源消费结构［２］??
１．２燃料电池的发展状况??作为一项新能源技术，燃料电池的历史其实非常悠久。历史上的第一块燃料??电池出现于１８３９年，如图１．２所示，当时它被称为“气体伏打电池”。英国科学??家格罗夫发明了这种电池，他将两个柏电极各自放于充满了氧气和氢气的试管中，??然后将两个试管浸入稀硫酸溶液中，在室温下获得了微弱的电流。单个伏打电池??的输出电压约为０．５Ｖ，通过将数个电池串联以提高输出电压，格罗夫成功实现??了水的电解。燃料电池问世后并未受到太多的关注，直到１９５９年，英国人培根??发明了碱性燃料电池，并且组装了?５ｋＷ功率的燃料电池组，燃料电池才又一次??进入科研界的视野。１９６２年，美国通用电气公司成功研制出质子交换膜燃料电??池（ＰＥＭＦＣ），被美国航空航天局选中作为双子星座飞船的主电源。之后，惠??特尼公司成功改进了培根碱性燃料电池
一、阴极材料??在ＳＯＦＣ中，阴极主要起到输运空气、催化电极反应、传导电流等作用，在??阴极支撑型ＳＯＦＣ中，阴极还要担负起对整个ＳＯＦＣ电池结构的支撑作用。??研究结果表明，在ＳＯＦＣ中氧气的电化学反应是燃料电池活化极化的主要来??源，对于电池的电化学性能起到了直接制约作用，因此阴极材料的选择是十分重??要的［２（＞２２］。阴极材料必须具有较强的对氧气还原的电化学催化能力，从而降低电??池的活化损耗，提高电池性能。阴极材料还需要有较高的电导率，以降低电池的??欧姆损耗。由于ＳＯＦＣ的工作温度较高，阴极材料必须在氧化气氛中具有较好的??化学稳定性，在维持自身稳定性的同时也不能与相邻材料发生化学反应，并且阴??极材料还应与相邻结构的材料具有相似的热膨胀系数，从而避免因为热胀冷缩导??致的分层、脱离等机械损伤。??目前主流的阴极电极材料为钙钛矿结构的氧化物，其中最常见的阴极材料是??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrochemical Properties of Tubular SOFC Based on a Porous Ceramic Support Fabricated by Phase-Inversion Method[J]. Zongying Han,Yuhao Wang,Zhibin Yang,Minfang Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
[2]低温固体氧化物燃料电池电解质材料[J]. 韩达,吴天植,辛显双,王绍荣,占忠亮. 中国工程科学. 2013(02)
[3]车用燃料电池耐久性的解决策略[J]. 衣宝廉,侯明. 汽车安全与节能学报. 2011(02)
[4]低温固体氧化物燃料电池[J]. 章蕾,夏长荣. 化学进展. 2011(Z1)
[5]以活性炭为燃料的固体氧化物燃料电池(英文)[J]. 唐玉宝,刘江. 物理化学学报. 2010(05)
[6]中温SOFC密封玻璃热稳定性研究[J]. 彭练,朱庆山,谢朝晖,黄文来. 无机材料学报. 2006(04)
本文编号：3134048
【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】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２０１１年中国能源消费结构［２］??
１．２燃料电池的发展状况??作为一项新能源技术，燃料电池的历史其实非常悠久。历史上的第一块燃料??电池出现于１８３９年，如图１．２所示，当时它被称为“气体伏打电池”。英国科学??家格罗夫发明了这种电池，他将两个柏电极各自放于充满了氧气和氢气的试管中，??然后将两个试管浸入稀硫酸溶液中，在室温下获得了微弱的电流。单个伏打电池??的输出电压约为０．５Ｖ，通过将数个电池串联以提高输出电压，格罗夫成功实现??了水的电解。燃料电池问世后并未受到太多的关注，直到１９５９年，英国人培根??发明了碱性燃料电池，并且组装了?５ｋＷ功率的燃料电池组，燃料电池才又一次??进入科研界的视野。１９６２年，美国通用电气公司成功研制出质子交换膜燃料电??池（ＰＥＭＦＣ），被美国航空航天局选中作为双子星座飞船的主电源。之后，惠??特尼公司成功改进了培根碱性燃料电池
一、阴极材料??在ＳＯＦＣ中，阴极主要起到输运空气、催化电极反应、传导电流等作用，在??阴极支撑型ＳＯＦＣ中，阴极还要担负起对整个ＳＯＦＣ电池结构的支撑作用。??研究结果表明，在ＳＯＦＣ中氧气的电化学反应是燃料电池活化极化的主要来??源，对于电池的电化学性能起到了直接制约作用，因此阴极材料的选择是十分重??要的［２（＞２２］。阴极材料必须具有较强的对氧气还原的电化学催化能力，从而降低电??池的活化损耗，提高电池性能。阴极材料还需要有较高的电导率，以降低电池的??欧姆损耗。由于ＳＯＦＣ的工作温度较高，阴极材料必须在氧化气氛中具有较好的??化学稳定性，在维持自身稳定性的同时也不能与相邻材料发生化学反应，并且阴??极材料还应与相邻结构的材料具有相似的热膨胀系数，从而避免因为热胀冷缩导??致的分层、脱离等机械损伤。??目前主流的阴极电极材料为钙钛矿结构的氧化物，其中最常见的阴极材料是??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrochemical Properties of Tubular SOFC Based on a Porous Ceramic Support Fabricated by Phase-Inversion Method[J]. Zongying Han,Yuhao Wang,Zhibin Yang,Minfang Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
[2]低温固体氧化物燃料电池电解质材料[J]. 韩达,吴天植,辛显双,王绍荣,占忠亮. 中国工程科学. 2013(02)
[3]车用燃料电池耐久性的解决策略[J]. 衣宝廉,侯明. 汽车安全与节能学报. 2011(02)
[4]低温固体氧化物燃料电池[J]. 章蕾,夏长荣. 化学进展. 2011(Z1)
[5]以活性炭为燃料的固体氧化物燃料电池(英文)[J]. 唐玉宝,刘江. 物理化学学报. 2010(05)
[6]中温SOFC密封玻璃热稳定性研究[J]. 彭练,朱庆山,谢朝晖,黄文来. 无机材料学报. 2006(04)
本文编号：3134048
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