FeNbO 4 基碳转化固态氧化物电池研究

发布时间：2022-07-07 14:34

　　固态氧化物电池是一种高温能量转换装置,该装置能够将化学能直接转换为电能,具有能量转换效率高、环境友好等优点。固态氧化物电池的工作模式分为两种:固体氧化物燃料电池（SOFC）模式和固体氧化物电解池（SOEC）模式。固态氧化物电池的发展有利于减少对化石能源为主的不可再生能源的依赖,降低温室气体排放,改变能源结构。固态氧化物电池目前面临的挑战为:在SOFC模式下,电池阳极（燃料电极）对碳基燃料适应低,从而导致整个电池的输出功率较低;在SOEC模式下,电解池阴极（燃料电极）对CO₂催化还原性能较差,电解池电流效率也通常较低。以研究新型固态氧化物电池燃料电极材料为目标,系统地研究了FeNbO₄基氧化物在固态氧化物电池中不同工作模式下的应用,测试了相关性能并分析其机理。采用固相法制备了A位缺位的FeNbO₄基氧化物,对其结构、铁离子价态等基本性能进行研究,结果表明黑钨矿结构的Fe_0.8Nb_1.2O₄最大缺位量为20%;在此基础上,研究A位缺位及淬火后FeNbO

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 燃料电池与碳转化
    1.3 固体氧化物燃料电池概述
        1.3.1 固体氧化物燃料电池的工作原理
        1.3.2 固体氧化物燃料电池的极化损失
        1.3.3 固体氧化物燃料电池关键材料的研究现状
    1.4 固体氧化物电解池概述
        1.4.1 固体氧化物电解池的工作原理
        1.4.2 固体氧化物电解池在工作过程中的极化损失
        1.4.3 固体氧化物电解池及关键材料的研究现状
    1.5 论文的研究目的及内容
第2章 实验材料及测试方法
    2.1 实验试剂及仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 测试方法
        2.2.1 X射线衍射分析
        2.2.2 扫描电子显微镜分析
        2.2.3 热重分析
        2.2.4 电导率测试
        2.2.5 电化学性能测试
        2.2.6 X射线光电子能谱分析
第3章 FeNbO_4 基氧化物作为SOFC燃料电极材料的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 电解质材料制备
        3.2.2 燃料电极材料制备
        3.2.3 阴极材料制备
        3.2.4 对称电池的制备
        3.2.5 单电池的制备
        3.2.6 电池测试
    3.3 A位缺位对FeNbO_4 基氧化物性能特征
    3.4 Fe_(1-γ3)Nb_(1+γ3)O_4氧化物性能特征
        3.4.1 材料的物相和结构特征
        3.4.2 材料的TGA特征
        3.4.3 材料的电导率特征
    3.5 Ti2x(Fe0.985Nb1.015)1-x O4 燃料电极SOFC碳转化特征
        3.5.1 材料的物相和结构特征
        3.5.2 材料的TGA特征
        3.5.3 材料的电导率特征
        3.5.4 化学相容性特征
        3.5.5 燃料电极的XPS特征
        3.5.6 单电池的电化学性能特征
        3.5.7 单电池在碳基燃料中的稳定性特征
        3.5.8 燃料电极的SEM特征
    3.6 本章小结
第4章 FeNbO_4 基氧化物作为SOEC燃料电极材料的研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 电解质材料制备
        4.2.2 燃料电极材料制备
        4.2.3 氧电极材料制备
        4.2.4 电解池的制备
        4.2.5 电解测试
    4.3 FeNbO_4 燃料电极SOEC水蒸气电解特征
        4.3.1 材料的相结构稳定性特征
        4.3.2 材料的电导率特征
        4.3.3 材料的TGA特征
        4.3.4 电解池水蒸气电解的性能特征
        4.3.5 电解池水蒸气电解的稳定性特征
        4.3.6 燃料电极的SEM和 EDS特征
        4.3.7 燃料电极的XRD特征
        4.3.8 燃料电极的XPS特征
    4.4 Fe_(0.5)Mg_(0.25)Ti_(0.25)Nb_(0.9)Mo_(0.1O4) 燃料电极SOEC碳转化特征
        4.4.1 材料的相结构稳定性特征
        4.4.2 材料的电导率特征
        4.4.3 电解池水蒸气、CO_2电解的性能特征
        4.4.4 电解池共水蒸气/CO_2电解的稳定性特征
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 固态电池的发展与展望
参考文献
致谢
发表论文及参与课题


【参考文献】：
期刊论文
[1]直接利用生物质的化学燃料电池研究进展[J]. 刘跃岭,景琦,徐帆,李欢.  化工进展. 2018(09)
[2]国家发改委、国家能源局正式发布《电力发展“十三五”规划》[J].   中国核工业. 2016(11)
[3]高温共电解H2O/CO2制备清洁燃料[J]. 王振,于波,张文强,陈靖,徐景明.  化学进展. 2013(07)
[4]Ln2MO4 cathode materials for solid oxide fuel cells[J]. ZHAO Hui, LI Qiang ＆ SUN LiPing Key Laboratory of Functional Inorganic Material Chemistry, Ministry of Education; School of Chemistry and Materials Science, Heilongjiang University, Harbin 150080, China.  Science China（Chemistry）. 2011(06)
[5]中温固体氧化物燃料电池电解质材料及其制备工艺的研究发展趋势[J]. 史可顺.  硅酸盐学报. 2008(11)
[6]低温固体氧化物燃料电池研究进展[J]. 毛宗强,黄建兵,王诚,刘志祥.  电源技术. 2008(02)
[7]CO2电催化还原的研究[J]. 魏文英,尹燕华,李军.  舰船防化. 2007(05)
[8]CO2电催化还原的研究[J]. 魏文英,尹燕华,李军.  舰船防化. 2007 (05)
[9]发展生物质产业潜力无限[J]. 石元春.  安徽科技. 2005(05)
[10]CO2电化学还原研究进展[J]. 陶映初,吴少晖,张曦.  化学通报. 2001(05)

博士论文
[1]以碳氢化合物为燃料的中温固体氧化物燃料电池的新型阳极[D]. 朱威.中国科学技术大学 2006



本文编号：3656597