新型阴极的制备及其在质子基固体氧化物燃料电池上的应用

发布时间：2021-11-10 04:42

　　固体氧化物燃料电池（SOFCs）因其成本低,结构简单,排放零污染等优点受到越来越多科学家们的关注。在早年间,此类电池的运行温度较高,这不仅会提高成本,还容易影响其稳定性。因此,降低SOFCs的工作温度成为一个巨大的挑战。工作温度的降低,使得电池的欧姆电阻和极化电阻都会急剧增大,降低电池的性能。本论文旨在开发中低温固体氧化物燃料电池,重点设计并研究了适合在质子基固体氧化物燃料电池上运作的阴极,得到了具高电催化活性的、适合在中低温可以运行的SOFCs阴极材料。本文第一章介绍了氧离子基SOFCs和质子基SOFCs的概念,反应原理以及它们之间的差异。重点介绍了近年来质子基SOFCs上的电解质材料和阴极材料。第二章设计并成功制备了 BaCoxFe0.7-xZr0.3O3-δ（0.2≤x≤0.5）（BCxFZ）一系列立方钙钛矿材料。该章通过调控阴极的Co和Fe的比例,研究其对阴极材料电导率、热膨胀以及在质子基电池上应用时电池性能的变化。另外,还通过第一性原理计算,对阴极材料的氧空位形成能和质子水合能进行理论计算分析。最后,还对阴极材料进行CO2和H2O稳定性测试以及电池的长期稳定性测试。当Co含量... 

【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

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１氧离子基固体氧化物燃料电池的工作原理示意图??

?定性最好，因此，ＢａＣｅ〇３－ＢａＺｒ０３体系成为目前世界上质子导体电解质材料的研??宄重点。??Ｔ／＊Ｃ??７?丨１２丨００?８？。ｒ——＾?ｒ－７??６?－?－??５?－?－?－５??４?＿?Ｓｒ（Ｔｉ?０?９＾〇?〇２＾ｗ??－２－?＼＼?－２１??－３－?＼?Ｂａ（Ｃｅ０ＳＹ０））Ｏ？?ｈ?－３??，?－６??－７?－?－?７??０．６?０．８?１．０?１．２?１．４?１．６?１．８?２．０??（１００〇ｒＴ）／Ｋ＇１??图１．３几种质子导体与Ｃ０２反应的热力学计算??图１．３展示了几种典型的质子导体与Ｃ０２反应的热力学计算图［４０，?４１］。从??图中可以看到，ＢａＣｅＯ；极易与Ｃ０２发生反应生成碳酸钡，并且温度越低，反应??越容易发生。６００°Ｃ时，只要５．５Ｘｌ〇－５ａｔｍ左右的Ｃ０２，铈酸钡就会分解成碳酸??钡。在质子基固体氧化物燃料电池的实际应用中，若燃料为碳氢燃料，Ｃ０２在阳??极一侧生成，阳极一侧的Ｃ０２浓度极高。即使用氢气做燃料，电解质的阴极一侧??６??

?第二章ＢａＣ〇ｘＦｅ〇．７－，Ｚｒａ３０３－ｓ阴极材料在质子基固体氧化物燃料电池上的应用??每个原子上的Ｈｅｌｌｍａｎｎ－Ｆｅｙｎｍａｎ力低于０．０２?ｅＶ?Ａ－１。??２．３结果与讨论??２．３．１合成粉体的相结构及电池的微观结构??．?Ａ?．?Ａ?／Ｖ?严，??，?！３ＣｆｉｉＦＺ??＾?＾?；Ｌ＿ａ＿Ａ?Ａ?－?一?—??ｆ?．?．?Ａ?Ａ?Ｗ??￡?ＢＣｎ?，ＦＺ???ｙｉ?ａ?Ａ?Ａ?八?＊??ＰＤＦ＃７５－０４２６?ＢａＦ＾??Ｉ?＿?Ｉ?■?Ｉ?，?１?ｔ＇?Ｊ?．Ｉ?ｊ?！？?，??２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??２０?（ｄｅｇｒｅｅ）??图２．２在室温２０－８０。范围内记录的ＢａＣｃｈＦｅｔ＾ＺｒｏｊＯ从（０．２分￡０．５）的ＸＲＤ图谱??图２．２比较了?ＢａＣｏｘＦｅｏ．ｈＺｒｃｕＯ从（０．２立￡０．５）?（ＢＣｘＦＺ）粉末在室温下的??ＸＲＤ图谱。显然，所有材料均显示纯相立方结构，并且不存在杂质。随着钴掺??杂含量的增加，ＸＲＤ峰的角度逐渐降低。这种现象归因于Ｃｏ２＋／３＋的离子半径大??２２??


本文编号：3486597