固体氧化物燃料电池Ni基复合阳极性能研究

发布时间：2017-10-04 21:03

  本文关键词：固体氧化物燃料电池Ni基复合阳极性能研究

  更多相关文章： SOFC NiO@GDC Ni-YSZ 阳极 电性能 抗积碳

【摘要】：固体氧化物燃料电池是新发展起来的一类燃料电池,它除了具备传统燃料电池的高效率、低污染等优点之外,还具有其本身独有的特点,比如燃料适应性广、能量转化率高等。在能源问题日趋紧张的今天,SOFC的研究受到世界各国的高度重视。阳极是SOFC的核心材料之一,阳极材料的优劣性会直接影响至SOFC的整体性能。本文主要围绕提高阳极电性能和抗积碳性能展开研究。分别尝试制备NiO@GDC(氧化钆掺杂氧化铈)复合阳极以及在Ni-YSZ(氧化钇稳定氧化锆)阳极上制备Ru抗积碳层这两种方法来达到优化阳极的目的。本文制备NiO@GDC复合阳极粉体,并将其与YSZ电解质叠压成型,以喷涂的GDC悬浮液为阻挡层,LSCF为阴极制备NiO@GDCIYSZIGDCILSCF单电池。研究发现,溶胶凝胶法制备的复合粉体NiO与GDC均匀分布,且形成的纳米级颗粒NiO包裹在GDC周围的特殊结构。复合阳极粉体中NiO/GDC质量比为5：5,造孔剂含量为9wt.%, GDC阻挡层煅烧温度为1400℃,750℃下,3%H2O+H2为燃料时,电池开路电压为1.08V,具有的最大功率密度和最小极化阻抗为400mW/cm2和1.0Ωcm2。以湿乙醇蒸汽(nH2O/CH3CH2OH=3:1)为燃料,电池功率密度为198mW/cm2,极化电阻为1.5Ωcm2。单电池通过稳定性测试发现运行10h后性能下降一定幅度,运行1h后阻抗为3.3Ωcm2,运行10h后阻抗为6Ωcm2,电池出现微量积碳现象。即NiO@GDC阳极提高了单电池的电性能和抗积碳性能,但不能够完全限制阳极积碳。本文以RuCl3为添加液,采用浸渍法在Ni-YSZ阳极表面上制备纳米Ru层。样品Ru-Ni-YSZ阳极表面呈现出较好的晶态,纳米级Ru小颗粒均匀覆盖在阳极表面及阳极上层孔洞中。当浸渍时间为12h时浸渍量达到0.8%为最佳,选用丙酮为表面活性剂时,Ru颗粒整体呈现花瓣状,细小的片状纤维均匀分散构成花状网络结构,这大大的提高了Ru颗粒的比表面积,使得反应活性中心增加。750℃下,Ru-Ni-YSZ||YSZ||Ag单电池通湿乙醇为燃料,电池性能达到355mW/cm2和0.8Ωcm2。电池运行10h后没有出现明显衰减,阳极表面也没有积碳产生。结果表明：Ru层的加入对电池的电性能以及抗积碳性能有着明显的优化。
【关键词】：SOFC NiO@GDC Ni-YSZ 阳极 电性能 抗积碳
【学位授予单位】：景德镇陶瓷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 文献综述8-22
• 1.1 燃料电池8-9
• 1.1.1 燃料电池简介8
• 1.1.2 燃料电池分类8-9
• 1.2 固体氧化物燃料电池9-12
• 1.2.1 固体氧化物燃料电池的特点9-10
• 1.2.2 固体氧化物燃料电池的分类10-11
• 1.2.3 固体氧化物燃料电池的工作原理11-12
• 1.3 固体氧化物燃料电池的各关键组件12-15
• 1.3.1 阳极材料12-13
• 1.3.2 电解质材料13-14
• 1.3.3 阴极材料14-15
• 1.3.4 连接体材料15
• 1.3.5 封接材料15
• 1.4 阳极材料体系15-17
• 1.5 阳极积碳现象分析17-19
• 1.6 本论文的研究意义和主要工作19-22
• 2 实验原料、设备及测试方法22-29
• 2.1 实验药品与设备22-24
• 2.1.1 实验药品22-23
• 2.1.2 实验仪器与设备23-24
• 2.2 本实验中所涉及的实验方法24-26
• 2.2.1 溶胶-凝胶法24-25
• 2.2.2 浸渍法25
• 2.2.3 干压成型法25
• 2.2.4 流延法25-26
• 2.3 分析测试方法26-29
• 2.3.1 样品的尺寸测量26
• 2.3.2 XRD测试26-27
• 2.3.3 SEM测试27
• 2.3.4 TEM分析27
• 2.3.5 能谱分析27
• 2.3.6 单电池测试27-29
• 3 NiO@GDC复合阳极SOFC电性能及抗积碳研究29-45
• 3.1 实验过程29-32
• 3.1.1 不同方法制备NiO-GDC粉体的实验过程29-30
• 3.1.2 电解质流延片及阻挡层浆料的制备30-31
• 3.1.3 单电池的制备实验过程31-32
• 3.2 实验结果与分析32-43
• 3.2.1 不同制备方法对复合阳极粉体的影响32-34
• 3.2.2 造孔剂对NiO@GDC阳极的影响34-35
• 3.2.3 温度对GDC阻挡层的影响35-36
• 3.2.4 不同NiO/GDC质量比对单电池电性能影响36-38
• 3.2.5 直接乙醇燃料NiO@GDC阳极单电池性能研究38-43
• 3.3 小结43-45
• 4 乙醇为燃料的SOFC阳极纳米Ru层的制备及研究45-59
• 4.1 实验过程45-47
• 4.1.1 半电池的制备45
• 4.1.2 阳极Ru层的制备45-46
• 4.1.3 测试46-47
• 4.2 实验结果与分析47-58
• 4.2.1 纳米Ru层对电池阳极的影响47-49
• 4.2.2 不同浸渍时间对纳米Ru层浸渍量的影响49-52
• 4.2.3 不同Ru浸渍量对单电池的电性能的影响52-54
• 4.2.4 表面活性剂对Ru层及单电池性能的影响54-56
• 4.2.5 研究Ru层对单电池的抗积碳性能的影响56-58
• 4.3 小结58-59
• 5 结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王兆文,李延祥,李庆峰,高炳亮,邱竹贤;铝电池阳极材料的开发与应用[J];有色金属;2002年01期

2 黄贤良,赵海雷,吴卫江,仇卫华;固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展[J];硅酸盐学报;2005年11期

3 孙明涛,孙俊才,季世军;固体氧化物燃料电池阳极研究[J];硅酸盐通报;2005年01期

4 张文强;于波;张平;陈靖;徐景明;;固体氧化物燃料电池阳极材料研究及其在高温水电解制氢方面的应用[J];化学进展;2006年06期

5 马学菊;马文会;杨斌;戴永年;刘荣辉;;固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展[J];电源技术;2007年09期

6 张家新;张传喜;司凤荣;;高性能铝-空气电池阳极材料的研究[J];船电技术;2008年05期

7 刘磊;蒋荣立;张宇轩;张秀萍;刘晓娟;;碳基固体氧化物燃料电池阳极材料的研究[J];焦作大学学报;2011年01期

8 余忠;阳极选择与镀刷制作[J];防腐与包装;1985年04期

9 马紫峰,林维明,黄传荣,甘世凡,高前进,林卓e，

本文编号：972804