中空对称双阴极结构平板型电解池的制备及其高温电解研究

发布时间：2021-04-25 21:23

　　固体氧化物电解池（SOEC）不但能够在高温下电解H₂O和CO₂,而且可以进行H₂O/CO₂的共电解,利用工业生产中的余热和过剩电能,将H₂O转化为无污染、高热值的氢能,或将温室气体CO₂转化为CO。由于SOEC运行温度较高,其对电能的需求较低并且转化效率更高,是未来实现大规模制取燃料气的新技术。传统的平板式固体氧化物电解池在高温下所受应力不均且抗氧化还原性差,长时间运行容易产生翘曲,电解质破裂等问题而影响电池寿命。针对该问题,本文结合管式SOEC的几何对称特点,设计并制备了中空对称双阴极结构平板式电解池,同时针对这一新结构电池做了较为深入的高温电解研究。首先,本文在现有材料基础上,采用现有传统Ni基氢电极和YSZ电解质等材料,以提高电池电化学性能和运行稳定性为目标,开发了适用于高温电解的新型中空对称双阴极结构平板电解池。同时,对NiO-YSZ粉体的制备、干压成型工艺参数、丝网印刷工艺和YSZ电解质烧结制度这几个影响电池性能的关键制备技术进行了系统的研究,并... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)浙江省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 课题背景
    1.2 固体氧化物SOEC概述
        1.2.1 SOEC组成及工作原理
        1.2.2 SOEC结构分类
        1.2.3 SOEC关键材料
        1.2.4 热力学分析
    1.3 SOEC研究进展及存在问题
        1.3.1 SOEC研究进展
        1.3.2 SOEC存在的问题
    1.4 研究内容及目标
第二章 实验技术与仪器
    2.1 实验原料及仪器设备
        2.1.1 仪器设备
        2.1.2 实验试剂
    2.2 样品表征方法
        2.2.1 孔隙率测试
        2.2.2 X射线衍射（XRD）
        2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）
        2.2.4 电子能谱仪（EDS）
        2.2.5 气相色谱法（GC）
    2.3 高温SOEC测试平台
        2.3.1 测试平台基本组成
        2.3.2 测试平台主要功能
    2.4 电化学性能表征
        2.4.1 I-V特征曲线
        2.4.2 电化学交流阻抗谱（EIS）
        2.4.3 SOEC长期稳定性测试
第三章 中空对称双阴极结构平板型电池的制备工艺研究
    3.1 本章引言
    3.2 粉体制备工艺研究
        3.2.1 碳粉造孔剂加入量对支撑体收缩率的影响
        3.2.2 碳粉造孔剂加入量对孔隙率的影响
        3.2.3 粘结剂PVA对粉体性能的影响
    3.3 干压成型参数优化
        3.3.1 干压成型压力的影响
        3.3.2 加压速度及保压时间的优化
    3.4 丝网印刷工艺研究
        3.4.1 丝网印刷浆料
        3.4.2 丝网印刷制备过程
    3.5 烧结工艺研究
        3.5.1 YSZ电解质烧结温度的影响
        3.5.2 YSZ电解质烧结制度
    3.6 本章小结
2的电化学性能研究">第四章 中空对称双阴极结构平板型电解池高温电解CO₂的电化学性能研究
    4.1 本章引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 电池装配
        4.2.2 实验步骤和内容
2/CO的电化学性能">    4.3 不同工况下电解CO₂/CO的电化学性能
        4.3.1 反应温度的影响
        4.3.2 载气组分的影响
    4.4 燃料极积碳特性
        4.4.1 积碳过程的电化学变化
        4.4.2 燃料极积碳分布
2的循环及稳定性能研究">    4.5 中空对称双阴极结构平板电解池电解纯CO₂的循环及稳定性能研究
        4.5.1 电池在循环过程中的OCV变化
        4.5.2 电解池在循环过程中的电化学性能
2的稳定性测试">        4.5.3 SOEC电解纯CO₂的稳定性测试
    4.6 本章小结
第五章 中空对称双阴极结构平板型电解池共电解的电化学性能研
    5.1 本章引言
    5.2 实验内容及过程
2/H₂O共电解的电化学性能">    5.3 CO₂/H₂O共电解的电化学性能
        5.3.1 反应温度的影响
        5.3.2 载气组分及电解电压的影响
2O/CO₂共电解长期稳定性测试">        5.3.3 H₂O/CO₂共电解长期稳定性测试
        5.3.4 三种组分体系的电化学对比
    5.4 共电解生成CH
4生成特性">        5.4.1 不同工况下CH₄生成特性
4生成机理">        5.4.2 CH₄生成机理
    5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]高温共电解H2O/CO2制备清洁燃料[J]. 王振,于波,张文强,陈靖,徐景明.  化学进展. 2013(07)
[2]固体氧化物燃料电池关键材料及电池堆技术[J]. 陈建颖,曾凡蓉,王绍荣,陈玮,郑学斌.  化学进展. 2011(Z1)
[3]SOEC多层复合阳极的制备及性能研究[J]. 孔江榕,张勇,邓长生,徐景明.  稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[4]CO2电催化还原的研究[J]. 魏文英,尹燕华,李军.  舰船防化. 2007(05)
[5]固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展[J]. 马学菊,马文会,杨斌,戴永年,刘荣辉.  电源技术. 2007(09)
[6]固体氧化物燃料电池密封材料的研究现状与发展趋势[J]. 朱庆山,彭练,黄文来,谢朝晖.  无机材料学报. 2006(02)
[7]钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极材料[J]. 吕振刚,郭瑞松.  中国陶瓷. 2004(02)
[8]CO2电化学还原研究进展[J]. 陶映初,吴少晖,张曦.  化学通报. 2001(05)

博士论文
[1]固体氧化物燃料电池镍基阳极改性及性能研究[D]. 刘立敏.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3160118