管式固体氧化物燃料电池制备及电化学性能研究

发布时间：2017-09-18 21:34

  本文关键词：管式固体氧化物燃料电池制备及电化学性能研究

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【摘要】：固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)作为一种新型清洁能源技术,近年被广泛研究。SOFC具有转化效率高、燃料适用性广和环境友好等优点,管式SOFC的研制是其热点之一。管式SOFC的主要特点是电池单元间组装相对简单,密封容易,比较容易通过电池单元之间并联和串联组合成大规模电池系统。微管式SOFC集合了小型SOFC和管式SOFC的优点,其小体积、大表面的特点进一步开阔了SOFC的应用领域,使SOFC向便携和移动电源领域展迈出前进的步伐。采用相转化法构筑YSZ陶瓷支撑管,扫描电子显微镜(SEM)照片显示YSZ陶瓷支撑管具有双孔道(海绵状孔和指型状孔)结构,其孔隙率为64%,抗弯强度为985.5 MPa。采用浸渍涂覆法在YSZ陶瓷支撑管表面制备电池阳极、电解质层、阴极,并通过添加过渡层使各层热膨胀系数相匹配。成功制备以ScSZ为电解质的YSZ陶瓷支撑型微管式SOFC电池单体,进行放电测试,结果表明900 oC氢气条件下最大功率密度为162 mW?cm-2。采用挤出工艺制备了NiO-YSZ阳极支撑圆管和阳极支撑扁管,探究了两种结构支撑管制备过程的泥料配方、混料流程、烧结方式等工艺条件;在1100 oC分别以架空烧结方式制得长12 cm线性度好、无缺陷的阳极支撑圆管,以吊烧方式制得长8 cm线性度好、无缺陷阳极支撑扁管。对阳极支撑圆管进行电解质层和阴极层涂覆,得到了圆管式SOFC阳极支撑型单体电池。
【关键词】：固体氧化物燃料电池 微管 扁管 相转化 挤出成型
【学位授予单位】：北京理工大学
【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9-23
• 1.1 前言9
• 1.2 燃料电池简介9-10
• 1.3 SOFC发展现状及原理10-13
• 1.3.1 SOFC发展现状10
• 1.3.2 SOFC工作原理10-13
• 1.4 SOFC常见类型13-14
• 1.4.1 平板型SOFC13-14
• 1.4.2 管型SOFC14
• 1.5 SOFC关键材料14-17
• 1.5.1 电解质材料15
• 1.5.2 阳极材料15-16
• 1.5.3 阴极材料16
• 1.5.4 连接与密封材料16-17
• 1.6 管式SOFC的特点与前景17-20
• 1.6.1 管式SOFC电池结构17-18
• 1.6.2 微管式SOFC特点及前景18-19
• 1.6.3 扁管式SOFC特点及前景19-20
• 1.7 管式SOFC的制备方法20-22
• 1.8 本论文主要研究内容22-23
• 第2章 实验材料制备及表征方法23-27
• 2.1 实验试剂与材料23
• 2.2 实验仪器与设备23-24
• 2.3 表征方法与性能测试24-27
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）24-25
• 2.3.2 孔隙率的测定25
• 2.3.3 热膨胀系数测试（TEC）25
• 2.3.4 断裂强度测试25-26
• 2.3.5 电化学阻抗谱（EIS）测量26
• 2.3.6 单电池放电性能测试26-27
• 第3章 微管式SOFC制备及其电化学性能表征27-39
• 3.1 引言27
• 3.2 微管式SOFC的制备27-35
• 3.2.1 铸膜液的配置27-28
• 3.2.2 YSZ陶瓷支撑中空纤维制备28
• 3.2.3 陶瓷支撑素坯的干燥与烧结28-30
• 3.2.4 阳极、阳极功能层及电解质层的制备30-34
• 3.2.5 阴极功能层和阴极的制备34-35
• 3.2.6 SOFC电池的组装35
• 3.3 微管式SOFC电化学性能表征35-38
• 3.3.1 陶瓷支撑微管式SOFC放电性能35-37
• 3.3.2 陶瓷支撑微管式SOFC阻抗性能37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 圆管式SOFC和扁管式SOFC制备及工艺探究39-48
• 4.1 引言39
• 4.2 圆管式SOFC制备39-47
• 4.2.1 陶瓷泥料的制备39-41
• 4.2.2 阳极素坯管的挤出41-42
• 4.2.3 阳极素坯管放置和预烧42-46
• 4.2.4 圆管式SOFC电解质涂覆、烧结46
• 4.2.5 圆管式SOFC阴极涂覆、烧结46-47
• 4.3 本章小结47-48
• 结论与展望48-49
• 结论48
• 展望48-49
• 参考文献49-56
• 致谢56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李媛,高积强;陶瓷材料挤出成型工艺与理论研究进展[J];耐火材料;2004年04期

2 彭苏萍,韩敏芳,杨翠柏,王玉倩;固体氧化物燃料电池[J];物理;2004年02期

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本文编号：877632