中温固体氧化物燃料电池离子浸渍的钴基阴极制备及性能优化

发布时间：2017-08-02 09:02

  本文关键词：中温固体氧化物燃料电池离子浸渍的钴基阴极制备及性能优化

  更多相关文章： IT-SOFC CCO阴极 CCO-Ag复合阴极 电化学性能

【摘要】：中温固体氧化物燃料电池(Intermediate temperature solid oxide fuel cell, IT-SOFC)是一种将化学能直接转换为电能的装置,工作温度在800℃以下,具有高效、清洁等特点。阴极材料对IT-SOFC的发展起着至关重要的作用,开发具有高催化活性的阴极以提高IT-SOFC的输出性能是人们一直追求的目标。阴极材料的纳米化能够增加氧还原反应的三相界面,提高电极的催化活性。本论文以纳米结构的钴基Ca3Co4O9-δ(CCO)阴极和Ag浸渍的CCO-Ag复合阴极为主要研究对象,研究了两种阴极材料在600-800℃的电化学性能,取得了良好的实验结果。利用离子浸渍法在疏松多孔的Sm0.2Ce0.8O1.9 (SDC)电解质骨架上制备纳米结构的CCO阴极材料,重复浸渍以增加骨架中阴极的含量。对称电池CCO/SDC/CCO的交流阻抗谱测试结果表明,CCO阴极在800℃的极化阻抗(Rp)为0.202 Ω·cm2。以Cu0.1Ni0.9-SDC为阳极,CCO为阴极,SDC电解质支撑的单电池Cuo.iNio.9-SDC/SDC/CCO在800℃的峰值功率密度为489.5 mW·cm-2。为了进一步提高阴极材料的催化活性,以银溶液浸渍方法在多孔的CCO阴极中加入Ag,制备了CCO-Ag复合阴极。实验结果显示,当浸渍5次时,阴极材料具有最好的电化学性能,Rp在800℃时为0.1346 Ω·cm2,比未浸渍银的CCO阴极的最小值(0.202 Ω·cm2)降低了33.36%,电解质支撑的单电池Cu0.1Ni0.9-SDC/SDC/CCO-Ag在800℃的最大功率密度为487.1 mW·cm-2。
【关键词】：IT-SOFC CCO阴极 CCO-Ag复合阴极 电化学性能
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9
• 1.2 燃料电池简介9-10
• 1.3 固体氧化物燃料电池(SOFC)概述10-12
• 1.3.1 SOFC的工作原理10-11
• 1.3.2 SOFC的优点11
• 1.3.3 SOFC的结构类型及特点11-12
• 1.4 固体氧化物燃料电池的关键材料12-14
• 1.4.1 电解质材料12-13
• 1.4.2 阳极材料13
• 1.4.3 阴极材料13-14
• 1.5 固体氧化物燃料电池阴极材料概述14-16
• 1.5.1 固体氧化物燃料电池阴极的工作机理14
• 1.5.2 固体氧化物燃料电池阴极的发展现状和趋势14-16
• 1.6 本论文的研究目的和内容16-17
• 第二章 Ca_3Co_4O_(9-δ)阴极的离子浸渍法制备及性能研究17-33
• 2.1 引言17
• 2.2 实验部分17-22
• 2.2.1 实验原材料与仪器18-19
• 2.2.2 SDC电解质衬底的制备19
• 2.2.3 SDC电解质浆料的制备19-20
• 2.2.4 Ca_3Co_4O_(9-δ)(CCO)阴极浸渍液的制备20
• 2.2.5 对称电池的制备20
• 2.2.6 单电池的制备20-21
• 2.2.7 测试和表征21-22
• 2.3 结果与讨论22-31
• 2.3.1 CCO阴极材料的XRD分析22-24
• 2.3.2 CCO阴极材料的交流阻抗谱分析24-27
• 2.3.3 CCO阴极材料的微观结构27-28
• 2.3.4 含CCO阴极的单电池的电化学性能表征28-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 纳米浸渍的Ca_3Co_4O_(9-δ)-Ag复合阴极材料的性能研究33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验方法34-36
• 3.2.1 实验原材料与仪器34
• 3.2.2 含CCO-Ag复合阴极的对称电池的制备34-35
• 3.2.3 含CCO-Ag复合阴极的单电池的制备35
• 3.2.4 表征过程35-36
• 3.3 结果与讨论36-45
• 3.3.1 CCO-Ag阴极材料的XRD分析36-37
• 3.3.2 CCO-Ag阴极材料的交流阻抗谱(EIS)分析37-39
• 3.3.3 CCO-Ag阴极材料的微观结构39-42
• 3.3.4 含CCO-Ag的单电池的性能表征42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 结论与展望46-48
• 参考文献48-55
• 致谢55-56
• 读研期间的主要研究成果56

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