镍/钇稳定二氧化锆的抗硫中毒和抗积碳机制研究

发布时间：2021-02-04 06:11

　　固体氧化物燃料电池（SOFCs）有很多优点,比如燃料多样性、能量转化效率高、排放污染少、成本相对低廉等,是一种很有希望的替代能源,然而SOFCs也面临许多挑战,如传统的阳极“镍/钇稳定二氧化锆（Ni/YSZ）”在燃料燃烧反应中受到硫中毒和碳沉积的影响而失效等,其机理,特别是阳极界面的电化学,热化学反应细节还很不清楚,且很难从实验室的水平上去诊断。因此从物理模型方面去研究理解固体氧化物燃料电池隐含的机制,比如硫中毒和碳沉积具有重要的现实意义。本文开展了下面四项工作:1.Ni/YSZ和Ni/（YSZ+O）硫中毒机制对比研究构建了Ni/YSZ以及Ni/（YSZ+O）模型,研究了硫中毒的机制,发现硫原子不喜欢待在界面氧的临近,而是倾向扩散远离界面氧。一旦界面氧消失,存在界面氧空位时,硫原子将扩散回界面氧空位附近,甚至陷入界面氧空位,很难逃离界面氧空位的束缚,即使是通入氢气,也是如此。因此少量的硫就能阻塞稀少的界面氧空位,从而导致SOFC氧离子传输受阻,引起显著的性能下降。但是相比Ni/YSZ来说,在本征氧空位添加额外的氧原子形成的氧化的Ni/YSZ体系,Ni/（YSZ+O）,有助于减弱硫原子在... 

【文章来源】：河南师范大学河南省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

发电效率示意图

如图1-2，在效率方面，各种发电装置中 SOFC 是最高的。SOFC 还有一个优点就是污染物排放少，相比其他发电技术，SOFC 会排放更少的 SOx，NOx气体。其实，SOFC 噪音很低，这样就有利于在人们居住的环境下使用。

4]等人也研究过硫在镍表面的吸附与引起的镍催化剂中毒失活现象。图1-3给出了H2S在不同氢气气氛浓度以及温度下对H2S在镍表面的覆盖度的影响。结果表明氢气气氛浓度越低，温度越高，H2S在镍表面的覆盖度就小[3]。图 1-3：H2S 平衡浓度与温度倒数的关系 （空心的符号表示 H2S 在镍表面的覆盖度是 0.5-0.6，实心的符号表示 H2S 在镍表面的覆盖度是 0.8-0.9）在SOFC运行时的中间温度下，含硫物种主要以硫原子形式吸附在催化剂表面，特别是在1000 K下，硫化氢在10个百万分之一的的含量下，S吸附原子在Ni表面的覆盖比例高达90%。目前，H2S在氢气气氛和甲烷气氛下对Ni-YSZ阳极的毒害现象已被很多人


本文编号：3017864