电极微观形貌评估在固体氧化物燃料电池研究领域的应用和进展
发布时间：2021-06-05 20:34
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）的性能研究逐渐深入,其电极形貌是性能研究的重要基础,运用图像分析方法可以快速直观地获取电极的微观信息。基于图像分析方法对电极形貌进行评估,对获取电极显微量化数据的过程进行了阐述,并对图像获取和处理过程中的常用方法进行了总结,重点阐述了扫描电子显微镜、X射线层析成像和光学显微镜的相关技术以及灰度阈值法图像分割和显微图像的三维重构,最后对未来可能应用于图像分析中的方法进行了展望。
【文章来源】：陶瓷学报. 2020,41(06)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
FIB铣削技术示意图及阳极图像示例
在实际的应用中，不能保证每次观察都能达到上述灰度直方图出现明显峰谷的情况，例如，在使用SEM获取图像时，Ni(或Ni O)与YSZ之间的衬度通常不大。在手动设定阈值时多依靠肉眼的判断，有时也不易确定阈值。因此，除了手动设定阈值的方法，研究者们也开发了许多通过数学计算自动确定阈值的方法，其中，应用较为广泛的是大津法(OTSU法，或称最大类间方差法)自动灰度阈值[48]。该算法将分割前景与背景的阈值记为T，前景(背景)所占像素比例为ω0(ω1)，平均灰度为μ0(μ1)，图像整体平均灰度为：前景和背景的类间方差：
对电极微观形貌的评估分析，最终要反应在电池的性能上，即探究电极微观形貌的变化如何影响其电化学性能，进而探索提高其性能的办法。例如，电极中孔隙是气体传输的通道，孔隙率的变化直接影响气相在电极中的运动，进而影响电极的浓差极化。适当提高孔隙率，促进气体的扩散，有助于改善电极的性能。其本质在于增加发生电化学反应的三相界面区域。Zhang等[59]研究了LSM电极的微观结构，结合弛豫时间的分析，表明有效三相边界长度是控制电极阻抗的主要因素。TPB在电池运行过程中也会发生变化，最常见的是由于长期运行后Ni颗粒的粗化，使TPB减少，以及可能造成粗化区域开孔变为闭孔，使气体无法扩散，导致TPB的失效。Jiao等[60]对电池运行过程中Ni的形貌变化进行了动态观察，为进一步研究电池退化机理提供帮助。图6 (a)样品1,(b)样品2阳极三相边界三维分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]梯度信息自适应的非局部均值滤波算法对矿井图像降噪研究[J]. 张雷. 山东农业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]切换滤波方法在深度图像噪声处理中的应用[J]. 陈雪燕,余雷,费树岷. 控制理论与应用. 2019(06)
[3]基于纳米CT技术研究运行后Ni-YSZ阳极三维微结构变化[J]. 郭鹏飞,关勇,刘刚,田扬超. 核技术. 2016(06)
[4]固体氧化物燃料电池阴极气体传输的研究[J]. 倪萌,LEUNG MICHAEL K H,LEUNG DENNIS Y C. 电源技术. 2007(10)
[5]扫描电子显微镜在新型陶瓷材料显微分析中的应用[J]. 邓湘云,王晓慧,李龙土. 硅酸盐通报. 2007(01)
[6]图像去噪混合滤波方法[J]. 关新平,赵立兴,唐英干. 中国图象图形学报. 2005(03)
硕士论文
[1]固体氧化物燃料电池阳极微观结构优化的研究[D]. 黄维.华中科技大学 2018
本文编号：3212862
【文章来源】：陶瓷学报. 2020,41(06)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
FIB铣削技术示意图及阳极图像示例
在实际的应用中，不能保证每次观察都能达到上述灰度直方图出现明显峰谷的情况，例如，在使用SEM获取图像时，Ni(或Ni O)与YSZ之间的衬度通常不大。在手动设定阈值时多依靠肉眼的判断，有时也不易确定阈值。因此，除了手动设定阈值的方法，研究者们也开发了许多通过数学计算自动确定阈值的方法，其中，应用较为广泛的是大津法(OTSU法，或称最大类间方差法)自动灰度阈值[48]。该算法将分割前景与背景的阈值记为T，前景(背景)所占像素比例为ω0(ω1)，平均灰度为μ0(μ1)，图像整体平均灰度为：前景和背景的类间方差：
对电极微观形貌的评估分析，最终要反应在电池的性能上，即探究电极微观形貌的变化如何影响其电化学性能，进而探索提高其性能的办法。例如，电极中孔隙是气体传输的通道，孔隙率的变化直接影响气相在电极中的运动，进而影响电极的浓差极化。适当提高孔隙率，促进气体的扩散，有助于改善电极的性能。其本质在于增加发生电化学反应的三相界面区域。Zhang等[59]研究了LSM电极的微观结构，结合弛豫时间的分析，表明有效三相边界长度是控制电极阻抗的主要因素。TPB在电池运行过程中也会发生变化，最常见的是由于长期运行后Ni颗粒的粗化，使TPB减少，以及可能造成粗化区域开孔变为闭孔，使气体无法扩散，导致TPB的失效。Jiao等[60]对电池运行过程中Ni的形貌变化进行了动态观察，为进一步研究电池退化机理提供帮助。图6 (a)样品1,(b)样品2阳极三相边界三维分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]梯度信息自适应的非局部均值滤波算法对矿井图像降噪研究[J]. 张雷. 山东农业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]切换滤波方法在深度图像噪声处理中的应用[J]. 陈雪燕,余雷,费树岷. 控制理论与应用. 2019(06)
[3]基于纳米CT技术研究运行后Ni-YSZ阳极三维微结构变化[J]. 郭鹏飞,关勇,刘刚,田扬超. 核技术. 2016(06)
[4]固体氧化物燃料电池阴极气体传输的研究[J]. 倪萌,LEUNG MICHAEL K H,LEUNG DENNIS Y C. 电源技术. 2007(10)
[5]扫描电子显微镜在新型陶瓷材料显微分析中的应用[J]. 邓湘云,王晓慧,李龙土. 硅酸盐通报. 2007(01)
[6]图像去噪混合滤波方法[J]. 关新平,赵立兴,唐英干. 中国图象图形学报. 2005(03)
硕士论文
[1]固体氧化物燃料电池阳极微观结构优化的研究[D]. 黄维.华中科技大学 2018
本文编号：3212862
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3212862.html
