SOFC金属连接体表面电沉积Co-Ni合金及抗氧化性研究

发布时间：2017-09-07 12:09

  本文关键词：SOFC金属连接体表面电沉积Co-Ni合金及抗氧化性研究

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【摘要】：固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)技术作为新型清洁能源发展支柱越来越引起人们的关注。针对中低温固体氧化物燃料电池金属连接体在应用中存在抗氧化性不足和Cr挥发的问题,本文采用电沉积-氧化二步法在SUS 430不锈钢连接体表面制备Co-Ni尖晶石结构膜层,研究Co-Ni合金电沉积工艺以及改性后的连接体在800℃静态空气中抗氧化性和导电性。通过工艺优化方案得到最优电沉积工艺参数,获得较好的电沉积层；利用氧化增重实验研究改性后金属连接体与SUS 430不锈钢的氧化动力学,并利用X射线薄膜衍射技术(XRD)、电子扫描电镜(SEM)及其附设的能谱(EDS)对电沉积合金表面以及具有Co-Ni尖晶石结构膜层的物相组成、微观形貌、横截面元素分布进行表征分析。结果表明,具有Co-Ni尖晶石结构膜层的金属连接体与SUS 430不锈钢0-450h和500-950h两个阶段都呈现出抛物线型氧化特性。SUS 430不锈钢氧化增重速率在0-450h、500-950h分别为36.8×10-4mg2·cm4,12.5×10-4mg2·cm-4；改性后的连接体氧化增重速率在0-450h、500-950h分别为18.1×10-4mg2·cm-4, 5.1×104mg2·cm-4。改性后的连接体在每个氧化阶段其氧化增重速率约为SUS 430不锈钢的一半。采用“四点法”对改性后的金属连接体面比电阻(ASR)进行长时间测试发现,在0-300h SUS 430不锈钢的ASR明显迅速增加,随后在300-600h达到4.5Ω·cm2左右趋于稳定。改性后金属连接体的ASR整体增加不明显,最终在0.9Ω.cm 2左右趋于稳定。即采用电沉积-氧化二步法制备尖晶石结构膜层的连接体具有明显的抗氧化行和导电性。
【关键词】：固体氧化物燃料电池(SOFC) 金属连接体 面比电阻(ASR) 氧化动力学 SUS 430不锈钢
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-26
• 1.1 引言9
• 1.2 燃料电池基本原理与分类9-11
• 1.3 固体氧化物燃料电池结构及其关键部件11-17
• 1.3.1 SOFC基本构成12-13
• 1.3.2 固体氧化物燃料电池的原理13-14
• 1.3.3 SOFC的结构类型14-17
• 1.3.3.1 管式固体氧化物燃料电池14-15
• 1.3.3.2 平板式固体氧化物燃料电池15-16
• 1.3.3.3 瓦楞式固体氧化物燃料电池16-17
• 1.4 连接体17-19
• 1.4.1 固体氧化物燃料电池连接体材料的要求18-19
• 1.5 固体氧化物燃料电池连接体研究进展19-23
• 1.5.1 固体氧化物燃料电池陶瓷连接体19-20
• 1.5.1.1 固体氧化物燃料电池陶瓷连接体的概述19-20
• 1.5.1.2 固体氧化物燃料电池陶瓷连接体的特点20
• 1.5.2 固体氧化物燃料电池金属连接体20-23
• 1.5.2.1 固体氧化物燃料电池金属连接体的概述20-21
• 1.5.2.2 固体氧化物燃料电池金属连接体的特点21-23
• 1.6 金属连接体表面改性23-25
• 1.6.1 金属连接体表面改性23-24
• 1.6.2 钙钛矿结构膜层24
• 1.6.3 尖晶石结构膜层24-25
• 1.7 本文研究思路25-26
• 第2章 实验材料26-31
• 2.1 主要试剂26
• 2.2 仪器设备26-27
• 2.3 实验材料制备27-29
• 2.3.1 实验用金属基板制备27
• 2.3.2 试样预处理27-28
• 2.3.2.1 洗磨抛光27-28
• 2.3.2.2 去脂活化28
• 2.3.3 电沉积溶液的配置28-29
• 2.4 研究方法与表征方法29-31
• 2.4.1 沉积层结合力测试29
• 2.4.2 形貌表征29
• 2.4.3 物相表征29-31
• 第3章 沉积层的制备及其工艺优化31-52
• 3.1 引言31
• 3.2 膜层材料制备31-32
• 3.2.1 原料31
• 3.2.2 NiCo_2O_4尖晶石结构膜层制备工艺31-32
• 3.3 电沉积工艺优化32-43
• 3.3.1 采用循环伏安法测试沉积电位32-35
• 3.3.2 不同pH值下沉积层Co/Ni含量35-37
• 3.3.3 pH值对沉积层生长速率的影响37-39
• 3.3.4 电沉积时间对沉积层金属形貌的影响39-42
• 3.3.5 尖晶石结构膜层制备42-43
• 3.4 沉积层和经预氧化的氧化物膜层性能表征43-49
• 3.4.1 沉积层和经预氧化的氧化物膜层形貌分析43-44
• 3.4.2 沉积层和经预氧化的氧化物膜层截面元素分布44-46
• 3.4.3 Co-Ni合金沉积层物相表征46-49
• 3.4.3.1 物相分析46-47
• 3.4.3.2 XRD结果分析47-49
• 3.5 Co-Ni合金沉积层结合力测试49-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 连接体性能研究52-61
• 4.1 引言52
• 4.2 模拟SOFC高温环境中的氧化增重实验52-55
• 4.3 模拟SOFC高温环境中导电性测试55-57
• 4.3.1 ASR测试55-56
• 4.3.2 ASR测试结果分析56-57
• 4.4 长时间氧化后性能表征57-59
• 4.4.1 长时间氧化后横截面元素分布57-59
• 4.4.2 长时间氧化后XRD分析59
• 4.5 本章小结59-61
• 第5章 结论61-62
• 参考文献62-67
• 攻读学位期间公开发表论文67-68
• 致谢68-69
• 研究生履历69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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1 曾程;不锈钢表面电沉积钴镍合金及高温抗氧化性[D];大连海事大学;2013年

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本文编号：809451