燃料电池与锂离子电池中物质传输的相关研究
发布时间：2020-12-08 13:40
固体氧化物燃料电池和锂离子电池分别是重要的能量转换和储能装置。在能量的转换与储存过程中涉及到最重要的一个环节是化学物质的传输,研究清楚燃料电池与锂离子电池中物质传输的相关问题十分重要。在固体氧化物燃料电池中主要涉及氧负离子在固体电解质中传导和燃料气体在多孔电极中的扩散,而在锂离子电池中的传输主要涉及锂离子在固态电极中的嵌入和脱嵌反应动力学。通过提升固体氧化物燃料电池的工作温度（>800 oC）可以确保氧负离子在固体电解质中有较高的电导率。但是高操作温度会增加材料设备的成本,减少工作寿命,阻碍了固体氧化物燃料电池的发展。最近研究发现引入界面应变是一种提升固体氧化物燃料电池电解质离子电导率和降低其工作温度的有效方法。但是目前只能通过实验测量和计算机模拟得到一些零散的数据,界面应变与离子电导率之间定量的关系表达式仍然不清楚。本文建立了应变与离子电导率之间的定量关系表达式,并将其应用到常用的ZrO2基和CeO2基电解质中,得到的结果与相应的结果一致。此外,燃料气体在多孔电极中的传输性质与多孔电极的微结构相关。界面应变和热膨...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
WilliamGrove的燃料电池早期草图
1-3 影响应变的因素。（a）界面结构与晶格失配的关系[15]；（b）晶格应变与GDC 膜厚度的关系[16] 应变对氧空位形成的影响格应变可以改变氧空位的浓度，通过公式（1-2）可计算氧空位的形成2f V 01+2OE E E Ev表示具有一个氧空位的系统能量，E0表示没有任何氧空位时的系O2的总能量[17]。基于等式（1-2），Kushima 等人[18]采用第一原理计算 LaCoO3内部和表面氧空位形成的影响。图 1-4（a）所示，随着晶格.02 并且在 0.03< <0.10 时，在 LaCoO3内部氧空位形成能几乎线性下 0.03 和 0.11 时出现了两个明显的逆转。第一次逆转是因为从低自旋态的自旋过渡。第二次逆转是由于两个最近邻 Co-O 键断裂导致的图 1-4（b）所示，Co 的 d 轨道与 O 的 p 轨道之间的杂化在 0< <0.00 时降低。与体相 LaCoO相比，由于缺乏自旋态跃迁，表面仅呈现
图 1-4 应变对形成能影响。（a）LaCoO3体（红色圆圈）和表面（蓝色方块）与晶格应变的氧空位形成能；（b）价电子对晶格应变的电子电荷密度分布，大球是Co，小球是 O 原子[18]Donner 等人[19]发现拉伸应变可以降低 La0.5Sr0.5CoO3- （LSC）中氧空位的形。LSC 的应变和形成能的相关性与 LaCoO3中空位形成能的下降趋势一致。然而aCoO3中氧空位形成能的变化比 LSC 中更为明显。此外，DFT 模拟结果显示在％应变 LSC 表面上氧空位的形成能减少 0.43eV，与有-1.9％压缩应变的相比减 0.43eV。Cai 等人[20]认为，这种差异可能是由 Sr 元素掺杂引起的表面电子结复杂变化引起的。他们基于高温和晶格应变状态的影响探测了 LSC 表面电子的变化，发现拉伸应变可以使 LSC 表面电子 DOS 显着增加至费米能级，从而氧气具有高活性表面减少。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池基础科学问题(ⅫⅠ)——电化学测量方法[J]. 凌仕刚,吴娇杨,张舒,高健,王少飞,李泓. 储能科学与技术. 2015(01)
[2]锂离子扩散系数的测定方法[J]. 王先友,朱启安,张允什,袁华堂,阎杰,宋德瑛. 电源技术. 1999(06)
本文编号：2905183
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
WilliamGrove的燃料电池早期草图
1-3 影响应变的因素。（a）界面结构与晶格失配的关系[15]；（b）晶格应变与GDC 膜厚度的关系[16] 应变对氧空位形成的影响格应变可以改变氧空位的浓度，通过公式（1-2）可计算氧空位的形成2f V 01+2OE E E Ev表示具有一个氧空位的系统能量，E0表示没有任何氧空位时的系O2的总能量[17]。基于等式（1-2），Kushima 等人[18]采用第一原理计算 LaCoO3内部和表面氧空位形成的影响。图 1-4（a）所示，随着晶格.02 并且在 0.03< <0.10 时，在 LaCoO3内部氧空位形成能几乎线性下 0.03 和 0.11 时出现了两个明显的逆转。第一次逆转是因为从低自旋态的自旋过渡。第二次逆转是由于两个最近邻 Co-O 键断裂导致的图 1-4（b）所示，Co 的 d 轨道与 O 的 p 轨道之间的杂化在 0< <0.00 时降低。与体相 LaCoO相比，由于缺乏自旋态跃迁，表面仅呈现
图 1-4 应变对形成能影响。（a）LaCoO3体（红色圆圈）和表面（蓝色方块）与晶格应变的氧空位形成能；（b）价电子对晶格应变的电子电荷密度分布，大球是Co，小球是 O 原子[18]Donner 等人[19]发现拉伸应变可以降低 La0.5Sr0.5CoO3- （LSC）中氧空位的形。LSC 的应变和形成能的相关性与 LaCoO3中空位形成能的下降趋势一致。然而aCoO3中氧空位形成能的变化比 LSC 中更为明显。此外，DFT 模拟结果显示在％应变 LSC 表面上氧空位的形成能减少 0.43eV，与有-1.9％压缩应变的相比减 0.43eV。Cai 等人[20]认为，这种差异可能是由 Sr 元素掺杂引起的表面电子结复杂变化引起的。他们基于高温和晶格应变状态的影响探测了 LSC 表面电子的变化，发现拉伸应变可以使 LSC 表面电子 DOS 显着增加至费米能级，从而氧气具有高活性表面减少。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池基础科学问题(ⅫⅠ)——电化学测量方法[J]. 凌仕刚,吴娇杨,张舒,高健,王少飞,李泓. 储能科学与技术. 2015(01)
[2]锂离子扩散系数的测定方法[J]. 王先友,朱启安,张允什,袁华堂,阎杰,宋德瑛. 电源技术. 1999(06)
本文编号：2905183
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2905183.html
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