Ni基阳极材料的制备与性能研究

发布时间：2017-12-20 05:41

  本文关键词：Ni基阳极材料的制备与性能研究　出处：《大连理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：固体氧化物燃料电池是在高温下将燃料的化学能直接转变为电能的电化学装置,具有环保和能量转换率高等优势,在当今环境污染以及能源危机的背景下,更备受人们关注。结合国内外研究现状,为解决制备工艺难、抑制阳极积碳和成本较高等问题,本论文针对常见燃料甲烷,在降低操作温度的情况下,研究不同阳极结构的发电性能及不同阳极材料的抗积碳能力和稳定性,主要包括以下内容：研究新型造孔剂,添加脱脂棉到阳极材料中,分别添加3%、5%、7%和10%脱脂棉制备NiO-YSZ多孔阳极；为做对比,制备以传统面粉为造孔剂的NiO-YSZ阳极。以YSZ为电解质,LSM+YSZ为阴极,测试五组单电池发电性能。SEM表征发现,阳极材料粉末充分附着在棉丝上,丝径大约10～20μm,研磨后保持良好的连续性,均匀分布在阳极材料中。经过比较,添加5%脱脂棉的NiO-YSZ电池具有最优的电性能,并且高于传统面粉造孔的单电池。添加5%脱脂棉的NiO-YSZ单电池,在氢气和干甲烷下,于800℃时最大功率密度分别为不低于900 mW·cm-2和273.92 mW·cm-2。证明脱脂棉作为造孔剂有利于构建合理的阳极微观结构,制作的高孔隙率及长孔道结构能够增大阳极三相界面,提高单电池的发电性能。以活性炭纤维作硬模板制备管状YSZ,再以液态浸渍法制备Ni0.5Cu0.5Ox包覆管状YSZ的阳极材料,骨架为中空的YSZ纤维管,内外壁的包覆材料为NiO和CuO。SEM观察表明管径约为4μm,包覆材料的粒径约为90 nm,包覆效果良好。分别以CH4和97% CH4+3% H2O为燃料,进行100h长期稳定性试验,结果表明与初始电压相比,终止电压分别下降5.27%和基本不变。证明燃料中加入水蒸汽能够提升单电池的抗积碳能力,Ni0.5Cu0.5Ox包覆管状YSZ阳极,在97%CH4+3% H2O燃料下具有明显的抑制积碳效果。在Ni0.5Cu0.5Ox包覆管状YSZ阳极材料中,加入具有抗积碳作用的碱金属氧化物BaO和稀土氧化物SDC,制备三种阳极材料单电池,进行电性能和积碳试验。结果表明Ni0.5Cu0.5Ba0.05Ox包覆管状SDC单电池具有最优的发电性能和抗积碳能力,在氢气和干甲烷下,于800℃时最大功率密度分别为535.18 mW·cm-2和384.54 mW·cm-2; 100h积碳后,干甲烷测试没有衰减。表明硬模板法制备的管状电解质结构有利于提升阳极造孔方式、改善阳极微结构,阳极材料中加入BaO和SDC可提高电池的电性能和抗积碳性能。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4;O611.4

【参考文献】

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1 王毓娟,林维明;高温型燃料电池的甲烷重整方式[J];电源技术;2001年02期

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本文编号：1310967