钛酸盐基复合阴极制备及高温电解研究

发布时间：2017-09-27 00:01

  本文关键词：钛酸盐基复合阴极制备及高温电解研究

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【摘要】：Ni复合电极是固体氧化物燃料电池阳极目前应用最广泛的阳极材料,但是在作为固体氧化物电解池的阴极时,需要通入一定浓度的还原性气体来保持还原态。为了解决这一问题,本论文尝试设计了三种应对方案。首先,用A位缺陷B位掺杂(Sr0.94)0.9(Ti0.9Nb0.1)0.9Ni0.1O3作为电解池阴极材料电解水蒸汽,用XRD、TEM、 SEM、EDS、TGA、XPS表征证明镍纳米颗粒在Sr0.94Ti0.9Nb0.1O3脱溶和嵌入完全是可逆的。在5%H2O/H2/Ar和5%H2O/Ar气氛下800℃条件下电解水蒸汽,(Sr0.94)0.9(Ti0.9Nb0.1)0.9Ni0.1O3电流效率要比Sr0.94Ti0.9Nb0.1O3提高了20%,这是镍纳米催化剂和氧化还原稳定基体材料共同作用的结果。其次,在氧化还原稳定的La0.2Sr0.8TiO3基体材料上掺杂具有电催化活性的钪元素,增强二氧化碳电解的催化性能,系统调查了La0.2Sr0.8Ti1-xScxO(x=0、0.05、 0.1、0.15)结构、电子电导率以及离子电导率,电子电导率随着钪掺杂浓度增加而减小,离子电导率随着钪浓度的增加而增加,对称电池的极化电阻也是随着钪掺杂浓度的增加而减小。在800℃下电解二氧化碳,法拉第电流效率要比增加了20%,掺杂钪元素产生了氧空位,增加二氧化碳,降低了氧迁移能。最后,可逆相变钛铁矿型材料钛酸镍作为电解池的阴极,来提高了高温电解二氧化碳的电催化活性,通过在陶瓷基体上原位生长镍纳米催化剂,来高效电解二氧化碳,提高电解性能。通过用XRD、TEM、SEM、EDS、TGA和XPS表征证明了在氧化还原循环中,镍纳米催化剂在陶瓷基体表面原位生长是完全可逆的,系统测试了钛酸镍电导率与温度、氧分压之间关系,最后在800℃纯二氧化碳气氛下电解二氧化碳,钛酸镍的法拉第电流效率达到了90%,而二氧化钛的电流效率只有60%,因此显著的改善二氧化碳电解性能。
【关键词】：固体氧化物电解池 阴极材料 钛酸盐 氧空位 镍纳米颗粒
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646.5
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 引言16-17
• 1.2 氧离子固体氧化物电解池17-21
• 1.2.1 氧离子固体氧化物电解池原理17-19
• 1.2.2 固体氧化物电解池能量等式19-20
• 1.2.3 电极极化20-21
• 1.2.4 固体氧化物电解池优缺点21
• 1.3 固体氧化物电解池组成部分21-23
• 1.3.1 电解质21-22
• 1.3.2 阳极22
• 1.3.3 阴极22-23
• 1.4 本论文研究内容23-24
• 第二章 原位析出镍纳米颗粒修饰钛酸盐复合电极及高温电解水蒸汽24-38
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验流程25-26
• 2.2.1 材料的制备25
• 2.2.2 材料的表征25
• 2.2.3 材料电导率测试25-26
• 2.2.4 对称电池和电解池的制备以及电化学测试26
• 2.3 实验结果与讨论26-36
• 2.3.1 材料的成相测试26-27
• 2.3.2 材料的TEM表征27-28
• 2.3.3 材料的电性能表征28
• 2.3.4 材料的SEM表征和氧化还原循环28-29
• 2.3.5 材料的XPS表征29
• 2.3.6 材料的TGA表征29-30
• 2.3.7 对称电池测试30-32
• 2.3.8 直接水蒸汽电解32-36
• 2.4 结论36-38
• 第三章 原位形成氧空位钛酸盐阴极及高温电解二氧化碳38-51
• 3.1 引言38-39
• 3.2 实验流程39-41
• 3.2.1 材料的制备39
• 3.2.2 材料的表征39
• 3.2.3 材料电导率测试39-40
• 3.2.4 对称电池和电解池的制备以及电化学测试40-41
• 3.3 实验结果与讨论41-50
• 3.3.1 材料的成相测试41
• 3.3.2 材料的TEM表征41-42
• 3.3.3 材料的XPS表征42-43
• 3.3.4 材料的TGA表征43-44
• 3.3.5 材料的电性能表征44-45
• 3.3.6 对称电池测试45-46
• 3.3.7 直接二氧化碳电解46-50
• 3.4 结论50-51
• 第四章 钛酸镍的可逆相变及高温电解二氧化碳51-62
• 4.1 引言51-52
• 4.2 实验流程52-54
• 4.2.1 材料的制备52
• 4.2.2 材料的表征52-53
• 4.2.3 材料电导率测试53
• 4.2.4 对称电池和电解池的制备以及电化学测试53-54
• 4.3 实验结果与讨论54-61
• 4.3.1 材料的成相测试54-55
• 4.3.2 材料的SEM和TEM表征55
• 4.3.3 材料的XPS表征55-56
• 4.3.4 材料的TGA表征56-57
• 4.3.5 材料的电性能表征57
• 4.3.6 对称电池测试57-58
• 4.3.7 直接二氧化碳电解58-61
• 4.4 结论61-62
• 第五章 总结与展望62-63
• 参考文献63-75
• 攻读硕士期间学术成果情况75

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1 祖庸;钛酸钾的制备与应用[J];钛工业进展;1996年01期

2 全学军,蒲昌亮;钛酸钡的制备研究进展[J];材料导报;2002年06期

3 任云\，

本文编号：926463