掺杂氧化铈—碳酸盐复合电解质导电性能的电阻网络模拟

发布时间：2017-10-17 17:37

  本文关键词：掺杂氧化铈—碳酸盐复合电解质导电性能的电阻网络模拟

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【摘要】：为了降低固体氧化物燃料电池的操作温度,一系列氧化物-无机盐复合电解质被成功的开发了出来,其中掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质是近年来研究最多,也最有应用前景的一种。掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质中O2-和H+的共同传导促进了电池性能的提升。但是,迄今为止,对复合电解质的离子传导机制尚有不同的认识。数值模拟是研究复合材料导电性能的有效方法。对掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质进行数值模拟将对复合电解质的制备起到重要的指导作用。本文首次用两相随机格点模型模拟掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质,进而将格点模型转化为电阻网络模型对掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质的导电性能进行了模拟。根据复合电解质中离子传导机理的不同,本文分两种情况分别进行了讨论。首先,两相界面对离子的传导无作用时,主要考察了碳酸盐相体积分数、掺杂氧化铈颗粒大小及温度对复合电解质导电性能的影响,并将模拟计算值与钐掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质电导率的实验数据进行了对比。结果表明,实验值与计算值具有很好的吻合性。其次,两相界面对离子的传导起促进作用时,除了考察碳酸盐相含量及两相颗粒大小对复合电解质导电性能的影响外,还考察了相界面对复合电解质导电性能的影响。结果表明,复合电解质的电导率随着碳酸盐含量的增多先增大后减小,而且两相颗粒越小,分布越均匀,复合电解质的导电性能越好。另外,模拟计算值与实验值同样具有较好的吻合性。以上结果说明电阻网络法是研究掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质导电性能的有效方法。
【关键词】：掺杂氧化铈 碳酸盐 复合电解质 离子电导率 随机电阻网络
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4;TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 文献综述8-29
• 1.1 燃料电池技术8-9
• 1.2 固体氧化物燃料电池概述9-12
• 1.2.1 固体氧化物燃料电池的工作原理10-11
• 1.2.2 固体氧化物燃料电池的发展趋势11-12
• 1.3 固体氧化物燃料电池的关键材料12-16
• 1.3.1 阳极材料12
• 1.3.2 阴极材料12-13
• 1.3.3 电解质13-16
• 1.4 DCO-碳酸盐复合电解质的研究现状16-23
• 1.4.1 DCO-碳酸盐复合电解质的制备方法16-17
• 1.4.2 DCO-碳酸盐复合电解质导电性能的影响因素17-21
• 1.4.3 DCO-碳酸盐复合电解质的离子传导机理21-23
• 1.5 复合材料电导率的计算23-27
• 1.5.1 渗流理论23-24
• 1.5.2 有效介质理论24-26
• 1.5.3 复合材料导电性能的数值模拟26-27
• 1.5.4 DCO-碳酸盐复合电解质导电性能的模拟27
• 1.6 本文研究内容27-29
• 第二章 DCO-碳酸盐复合电解质电导率的计算方法29-44
• 2.1 格点模型的建立29-32
• 2.1.1 格点模型的建模思想29-30
• 2.1.2 格点模型的建模过程30-32
• 2.2 电阻网络模型的生成32-38
• 2.2.1 当相界面对离子传导无作用32-34
• 2.2.2 当相界面对离子传导起促进作用34-38
• 2.3 复合电解质电导率的计算方法38-44
• 第三章 结果与讨论44-61
• 3.1 当相界面对离子传导无作用44-52
• 3.1.1 格点模型中每一维度上的格点数N的选取44-45
• 3.1.2 碳酸盐相体积分数的影响45-47
• 3.1.3 两相颗粒粒径比的影响47-49
• 3.1.4 计算值与实验值的对比49-51
• 3.1.5 小结51-52
• 3.2 当相界面对离子传导起促进作用52-61
• 3.2.1 碳酸盐相体积分数的影响52-54
• 3.2.2 界面电导gb的大小的影响54-55
• 3.2.3 两相颗粒粒径比的影响55-57
• 3.2.4 计算值与实验值的对比57-59
• 3.2.5 小结59-61
• 第四章 结论与展望61-62
• 参考文献62-73
• 发表论文和参加科研情况说明73-74
• 致谢74-75

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本文编号：1050154