SOFC金属连接体含钴渗层包埋法制备及其性能研究
发布时间：2021-12-24 14:37
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）作为清洁能源转换装置,在发电、运输、民用和军事等领域有极大的应用潜力。连接体作为平板式SOFC的重要部件之一,起到连接各个单电池,将燃料气体和氧气分别输送至电池的阴极和阳极等作用,其成本占SOFC电堆总成本的30%左右,在降低SOFC工作温度,发展600℃～800℃工作的中温SOFC背景下,使用合金材料制作连接体成为可能。针对高Cr不锈钢连接体应用中所存在的抗氧化性不足以及Cr元素挥发导致阴极毒化的问题,本文采用固体粉末包埋法在基体表面制备含Co渗层,以期提高其在高温下的长期抗氧化性和导电性。采用固体粉末包埋法在AISI 430不锈钢基体上通过调变工艺参数（保温时间,催化剂含量）制备了一系列含Co的化合物改性层,并研究该改性渗层的组织结构和在SOFC阴极工作环境下的抗氧化性能。优化出了最佳工艺参数为150℃× 1 h+800 ℃× 2 h,渗剂中催化剂（NH4C1）含量为2 wt.%。该工艺参数下制备的样品渗层厚度约为15 μm,为Co、Co3Fe7、Co2FeO4和Cr2O3相组成的混合相渗层;将制备的样品在8...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２固体氧化物燃料电池工作原理??Ｆｉｇ．?１．２?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｓｏｌｉｄ?ｏｘｉｄｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ??
处由氢气中产生的质子反应形成水。氢失去的电子通过外部电路，在??负载上工作并最终形成回路。电极的反应方程式可以表示如下（燃料气体为Ｈ２）：??阴极：??〇２＋４ｅ＂—＞２０２＂??阳极：??Ｈ２＋Ｏ２＇—＞－Ｈ２〇＋２ｅ＇??总反应：??２Ｈ２＋Ｏ２—＞２Ｈ２〇［〗７］??１．３．２固体氧化物燃料电池的结构??自１９３０年第一个Ｓ０ＦＣ电堆被开发之日起，对于电池堆的机构设计就在持??续的研究并出现了多种类型的结构，自１９６０年以后，电堆结构主要集中于平板??式和管式两种，如图１．３，图１．４所不。??Ｃｙｎａｎｔ??．７；?，??ｆ，ｏｗ?－?Ｅｎｄ?Ｐｌａｔｅ??（ａ）?（ｂ）??图１．３平板式固体氧化物燃料电池?图１．４管式固体氧化物燃料电池??Ｆｉｇ．?１．３?Ｆｌａｔ?ｐｌａｔｅ?ｓｏｌｉｄ?ｏｘｉｄｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｕｂｕｌａｒ?ｓｏｌｉｄ?ｏｘｉｄｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ［１６］??平板式固体氧化物燃料电池的阴极、阳极、电解质、连接体均为平板状，组??成一种类似三明治结构的单电池，空气以及燃料气体通过连接体上的流道导入两??端的电极。相对的，管式固体氧化物燃料电池则被制作成长且空心的管状结构，??单电池由内向外是一端封闭多孔阴极（支撑管）、电解质，阳极组成单电池之间??由连接体相连，空气和燃料气体分别在管内部和外部流动。??平板式ＳＯＦＣ电池堆的主要缺点是密封难度大、热循环性能差、性能衰减高；??优点是电流路径短、比功率高、电性能好。管状Ｓ０ＦＣ电池组的主要缺点是长电??流路径，高内阻，低比功率，较大的制作难度和高成本，其优点是密封容易，稳??定性好。在平板
?大连海事大学硕士学位论文???入并适当搅拌进行酸洗，时间约２ｍｉｎ，酸洗结束后使用蒸馏水清洗样品并用吹??风筒吹干备用。??图２．１为对ＡＩＳＩ４３０裸样所做的各项表征。其中，图２．１（ａ）和（ｂ）为在经过上??述几个步骤处理后，样品的表面ＳＥＭ及ＥＤＳ图，图中样品的表面己经十分光滑??平整，没有任何氧化皮残留，油污或者明显划痕，同时基体的表面只存有Ｆｅ元??素和Ｃｒ元素存在，并无其他杂质元素，可以正常使用进行下一步实验。图２．１（ｃ）??为该样品的截面ＳＥＭ图，基体内部完好均一且表面无氧化层，对照样品的ＸＲＤ??图，图２．１（ｄ），为ＡＩＳＩ４３０裸样的ＸＲＤ图，图中特征谱线和卡片ＪＣＰＤＳ?３４－０３９６??相吻合，该物相为Ｆｅ－Ｃｒ。??Ｉ?ｍ??Ｌ．Ｉ翻??丨?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００?１１０?１２０??ＩＬｎｉＭｉＪｉＭＢｉｌｉｉｉ—？丨?２?Ｔｈｃｔａ（ｄｃｇ．）??图２Ｊ?（ａ）抛光后的ＡＩＳＩ４３０表面ＳＥＭ图（ｂ）ＡＩＳＩ４３０表面ＥＤＳ图（ｃ）抛光后的ＡＩＳＩ４３０截面??ＳＥＭ?图（ｄ）ＡＩＳＩ４３０?的?ＸＲＤ?图??Ｆｉｇ．?２．１?（ａ）ｐｏｌｉｓｈｅｄ?ＡＩＳＩ４３０?ｓｕｒｆａｃｅ?ＳＥＭ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｂ）ＡＩＳＩ４３０?ｓｕｒｆａｃｅ?ＥＤＳ?ｄｉａｇｒａｍ??（ｃ）ｐｏｌｉｓｈｅｄ?ＡＩＳＩ４３０?ｓｅｃｔｉｏｎ?ＳＥＭ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｄ）ＡＩＳＩ４３０?ＸＲＤ?ｄｉａｇｒａｍ??２．２．２渗剂的制备??渗剂的成分是２０％Ｃｏ粉末，２％ＮＨ４Ｃｌ粉末，７８％Ａｌ２Ｏ３粉末。首先，用??电子秤精确称量６．００ｇＣｏ粉，０．６ｇＮＨ４Ｃｌ粉末
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体氧化物燃料电池技术发展概述及应用分析[J]. 仙存妮. 电器工业. 2019(03)
[2]FeCrNiAl系高熵合金高温氧化行为及组织演变研究[J]. 刘勇,朱景川,赵晓亮,周易. 稀有金属材料与工程. 2018(09)
[3]表征手段之XRD技术浅析[J]. 金属热处理. 2018(03)
[4]燃料电池的发展现状与未来方向研究[J]. 管庆朋. 河南科技. 2018(01)
[5]燃料电池的发展趋势及研究进展[J]. 蒋清梅. 山东化工. 2017(22)
[6]Fe-0.2Si钢和Fe-2Si钢在水蒸气条件下高温氧化动力学研究[J]. 王建明,刘晓凤,孙彬,张连永,高炜. 沈阳大学学报(自然科学版). 2017(05)
[7]不同燃料SOFC的理论电池电动势及其性能[J]. 熊洁,焦成冉,韩敏芳. 化工学报. 2013(07)
[8]固体氧化物燃料电池金属连接体保护膜层研究进展[J]. 张辉,王安祺,武俊伟. 中国腐蚀与防护学报. 2012(05)
[9]燃料电池的分类及应用[J]. 张西子. 科技致富向导. 2012(23)
[10]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
本文编号：3550661
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２固体氧化物燃料电池工作原理??Ｆｉｇ．?１．２?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｓｏｌｉｄ?ｏｘｉｄｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ??
处由氢气中产生的质子反应形成水。氢失去的电子通过外部电路，在??负载上工作并最终形成回路。电极的反应方程式可以表示如下（燃料气体为Ｈ２）：??阴极：??〇２＋４ｅ＂—＞２０２＂??阳极：??Ｈ２＋Ｏ２＇—＞－Ｈ２〇＋２ｅ＇??总反应：??２Ｈ２＋Ｏ２—＞２Ｈ２〇［〗７］??１．３．２固体氧化物燃料电池的结构??自１９３０年第一个Ｓ０ＦＣ电堆被开发之日起，对于电池堆的机构设计就在持??续的研究并出现了多种类型的结构，自１９６０年以后，电堆结构主要集中于平板??式和管式两种，如图１．３，图１．４所不。??Ｃｙｎａｎｔ??．７；?，??ｆ，ｏｗ?－?Ｅｎｄ?Ｐｌａｔｅ??（ａ）?（ｂ）??图１．３平板式固体氧化物燃料电池?图１．４管式固体氧化物燃料电池??Ｆｉｇ．?１．３?Ｆｌａｔ?ｐｌａｔｅ?ｓｏｌｉｄ?ｏｘｉｄｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｕｂｕｌａｒ?ｓｏｌｉｄ?ｏｘｉｄｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ［１６］??平板式固体氧化物燃料电池的阴极、阳极、电解质、连接体均为平板状，组??成一种类似三明治结构的单电池，空气以及燃料气体通过连接体上的流道导入两??端的电极。相对的，管式固体氧化物燃料电池则被制作成长且空心的管状结构，??单电池由内向外是一端封闭多孔阴极（支撑管）、电解质，阳极组成单电池之间??由连接体相连，空气和燃料气体分别在管内部和外部流动。??平板式ＳＯＦＣ电池堆的主要缺点是密封难度大、热循环性能差、性能衰减高；??优点是电流路径短、比功率高、电性能好。管状Ｓ０ＦＣ电池组的主要缺点是长电??流路径，高内阻，低比功率，较大的制作难度和高成本，其优点是密封容易，稳??定性好。在平板
?大连海事大学硕士学位论文???入并适当搅拌进行酸洗，时间约２ｍｉｎ，酸洗结束后使用蒸馏水清洗样品并用吹??风筒吹干备用。??图２．１为对ＡＩＳＩ４３０裸样所做的各项表征。其中，图２．１（ａ）和（ｂ）为在经过上??述几个步骤处理后，样品的表面ＳＥＭ及ＥＤＳ图，图中样品的表面己经十分光滑??平整，没有任何氧化皮残留，油污或者明显划痕，同时基体的表面只存有Ｆｅ元??素和Ｃｒ元素存在，并无其他杂质元素，可以正常使用进行下一步实验。图２．１（ｃ）??为该样品的截面ＳＥＭ图，基体内部完好均一且表面无氧化层，对照样品的ＸＲＤ??图，图２．１（ｄ），为ＡＩＳＩ４３０裸样的ＸＲＤ图，图中特征谱线和卡片ＪＣＰＤＳ?３４－０３９６??相吻合，该物相为Ｆｅ－Ｃｒ。??Ｉ?ｍ??Ｌ．Ｉ翻??丨?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００?１１０?１２０??ＩＬｎｉＭｉＪｉＭＢｉｌｉｉｉ—？丨?２?Ｔｈｃｔａ（ｄｃｇ．）??图２Ｊ?（ａ）抛光后的ＡＩＳＩ４３０表面ＳＥＭ图（ｂ）ＡＩＳＩ４３０表面ＥＤＳ图（ｃ）抛光后的ＡＩＳＩ４３０截面??ＳＥＭ?图（ｄ）ＡＩＳＩ４３０?的?ＸＲＤ?图??Ｆｉｇ．?２．１?（ａ）ｐｏｌｉｓｈｅｄ?ＡＩＳＩ４３０?ｓｕｒｆａｃｅ?ＳＥＭ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｂ）ＡＩＳＩ４３０?ｓｕｒｆａｃｅ?ＥＤＳ?ｄｉａｇｒａｍ??（ｃ）ｐｏｌｉｓｈｅｄ?ＡＩＳＩ４３０?ｓｅｃｔｉｏｎ?ＳＥＭ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｄ）ＡＩＳＩ４３０?ＸＲＤ?ｄｉａｇｒａｍ??２．２．２渗剂的制备??渗剂的成分是２０％Ｃｏ粉末，２％ＮＨ４Ｃｌ粉末，７８％Ａｌ２Ｏ３粉末。首先，用??电子秤精确称量６．００ｇＣｏ粉，０．６ｇＮＨ４Ｃｌ粉末
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体氧化物燃料电池技术发展概述及应用分析[J]. 仙存妮. 电器工业. 2019(03)
[2]FeCrNiAl系高熵合金高温氧化行为及组织演变研究[J]. 刘勇,朱景川,赵晓亮,周易. 稀有金属材料与工程. 2018(09)
[3]表征手段之XRD技术浅析[J]. 金属热处理. 2018(03)
[4]燃料电池的发展现状与未来方向研究[J]. 管庆朋. 河南科技. 2018(01)
[5]燃料电池的发展趋势及研究进展[J]. 蒋清梅. 山东化工. 2017(22)
[6]Fe-0.2Si钢和Fe-2Si钢在水蒸气条件下高温氧化动力学研究[J]. 王建明,刘晓凤,孙彬,张连永,高炜. 沈阳大学学报(自然科学版). 2017(05)
[7]不同燃料SOFC的理论电池电动势及其性能[J]. 熊洁,焦成冉,韩敏芳. 化工学报. 2013(07)
[8]固体氧化物燃料电池金属连接体保护膜层研究进展[J]. 张辉,王安祺,武俊伟. 中国腐蚀与防护学报. 2012(05)
[9]燃料电池的分类及应用[J]. 张西子. 科技致富向导. 2012(23)
[10]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
本文编号：3550661
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