固体氧化物电池燃料极制备、性能及应用研究
发布时间：2021-02-24 09:05
可逆固体氧化物电池（Reversible Solid Oxide Cells,RSOCs）是一种可以将化学能和电能相互转化的器件,其工作模式可分为燃料电池模式和电解池模式两种。燃料电池模式（Solid Oxid Fuel Cells,SOFCs）下,固体氧化物电池可以将氢气、碳氢燃料中的化学能转化成电能;在电解池模式（Solid Oxid Electrolysis Cells,SOECs）下,则可以将电能转化成化学能,产生高附加值化学品,如氢气、氧气、一氧化碳等。RSOC具有转化效率高,燃料选择性广,无噪音,不使用贵金属等特点。在SOFC模式下使用碳氢燃料工作时,固体氧化物电池经常面临电池输出功率低、阳极积碳严重、阳极催化剂硫中毒等问题,因此迫切需要开发新型阳极催化剂材料、优化阳极微结构,以提升电池性能和稳定性。在SOEC模式下电解CO2是目前的研究热点,但是应用传统的氧离子型电解池（O-SOEC,以氧离子导体为电解质）电解时,需要在高温下运行,因而对配件要求十分苛刻,导致运行成本增加。借助于质子导体电解质适于中低温下运行等优点,近年来科研工作者正积极发展质子型RSOC,并取得了积极成...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?—些电解质材料的离子电导率，水平的虚线表示在ＲＳＯＣ器件中１５／ｉｍ厚度的电解??质情况下所需要最低的电导率
?第一章绪论???径更大，所以需要较大的晶胞体积，从而容纳质子缺陷迁移。综上所述，一般适??用于钙钛矿Ａ位元素是Ｂａ，?Ｓｒ等具有大离子半径和强碱性的碱土金属元素。为??Ｅ２?Ｅｌ??Ｗ??图１．３质子从氧离子Ａ传输到氧离子Ｂ过程的示意图［１７］??保证足够的氧离子缺陷，Ｂ位元素需要进行低价金属元素掺杂。形成的质子通过??晶格氧跳跃传输，即在高温下氧离子发生振动，导致缩短了相邻氧离子的距离，??当缩短到一定范围后质子可以从一个晶格氧上跳跃到另一个晶格氧，如图１．３所??示［１７］。??与氧离子导体类似，质子缺陷的电导率可以用能斯特－爱因斯坦方程进行计??算：??其中＜为质子电导率，ｎ为电荷数，ＣＨ＋为质子缺陷浓度，ｆｃ为玻尔兹曼常数，：Ｔ??为温度，Ｚ）ｗ＋为质子扩散系数。Ｋ．?Ｄ．?Ｋｒｅｕｅｒ系统总结了质子导体相关材料在不??同温度下的质子缺陷浓度和电导率情况，如图１．４所示［１８］。??８??
００?２００??（ａ）???????（ｂ）?Ｉ—￣＾￣￣￣＊■?！???＇?＇?Ｐｕ?＝?２３?ｈＰａ?＇?＇?Ｌ＾－?ａｃｃｅｐｔｏｒ?－?ｔＪｏｐａｎｌ?ｏｏｎｃｅｍｒＫｉｏｒ??Ｂａ?ｒ．?２?［－＿■?－＊—二１Ｃ?ｍｏ？ｔ?ｔｎ?ｍｏｓｔ?ｃａｓｅｓ??１０．?士???＾＾ｃ＾ｄｏｐａｒ－ｊｅｖｅｌ?＊２??０?２００?４００?６００?８００?１０００?＾?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５??了广。?（１０００Ｔ〇／？Ｃｉ??图１．４?（ａ）材料中的质子缺陷在不同温度下浓度变化图；（ｂ）常见氧化物材料电导率随温??度变化图［１８］??到目前为止，对质子导体电解质材料的研究已十分广泛，主要针对其质子电??导率、烧结活性、化学稳定性方面进行研宄。例如Ｙｏｕｍｉｎ?Ｇｕｏ等人对ＢａＣｅａ８Ｙａ２〇３??材料掺杂不同浓度的Ｚｒ元素，制备成ＢａＺｒｙＣｅａ８－ｙＹａ２〇３（ｙ?＝?０．０￣０．８，掺杂组分??梯度为０．１），并研究了其晶胞结构变化对Ｃ０２耐受能力和电化学性能等方面的影??响。他们发现当ｙ取值在０．１－０．５范围内时，材料表现出正交相结构；当ｙ为０．６－??０．８时，材料为立方相结构。而且材料化学稳定性与ｙ取值密切相关，当ｙ为０－??０．４时，材料在Ｃ０２下均不能稳定存在，会生成ＢａＣ０３等杂相物质，如图１．５（ａ）??所示。随着Ｚｒ元素掺杂量提升材料烧结收缩性质下降，电解质的烧结活性降低。??在１５００?°Ｃ下焙烧相同时间，材料的相对致密度从９２．２９％下降到６５．６７％。较差??的烧结活性使得单电池制备过程中电解质致密化温度升高，对烧结设备要求提高，??且
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrochemical Properties of Tubular SOFC Based on a Porous Ceramic Support Fabricated by Phase-Inversion Method[J]. Zongying Han,Yuhao Wang,Zhibin Yang,Minfang Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
博士论文
[1]在线光电离质谱应用于煤热解研究[D]. 朱亚楠.中国科学技术大学 2019
[2]固体氧化物电池燃料极界面反应过程[D]. 郑明浩.中国科学技术大学 2018
[3]开放直孔电极支撑固体氧化物电池的制备及性能研究[D]. 蔺杰.中国科学技术大学 2018
[4]C2～C4醇类燃料的热解及低温等离子体研究[D]. 王晶.中国科学技术大学 2008
本文编号：3049140
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?—些电解质材料的离子电导率，水平的虚线表示在ＲＳＯＣ器件中１５／ｉｍ厚度的电解??质情况下所需要最低的电导率
?第一章绪论???径更大，所以需要较大的晶胞体积，从而容纳质子缺陷迁移。综上所述，一般适??用于钙钛矿Ａ位元素是Ｂａ，?Ｓｒ等具有大离子半径和强碱性的碱土金属元素。为??Ｅ２?Ｅｌ??Ｗ??图１．３质子从氧离子Ａ传输到氧离子Ｂ过程的示意图［１７］??保证足够的氧离子缺陷，Ｂ位元素需要进行低价金属元素掺杂。形成的质子通过??晶格氧跳跃传输，即在高温下氧离子发生振动，导致缩短了相邻氧离子的距离，??当缩短到一定范围后质子可以从一个晶格氧上跳跃到另一个晶格氧，如图１．３所??示［１７］。??与氧离子导体类似，质子缺陷的电导率可以用能斯特－爱因斯坦方程进行计??算：??其中＜为质子电导率，ｎ为电荷数，ＣＨ＋为质子缺陷浓度，ｆｃ为玻尔兹曼常数，：Ｔ??为温度，Ｚ）ｗ＋为质子扩散系数。Ｋ．?Ｄ．?Ｋｒｅｕｅｒ系统总结了质子导体相关材料在不??同温度下的质子缺陷浓度和电导率情况，如图１．４所示［１８］。??８??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrochemical Properties of Tubular SOFC Based on a Porous Ceramic Support Fabricated by Phase-Inversion Method[J]. Zongying Han,Yuhao Wang,Zhibin Yang,Minfang Han. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
博士论文
[1]在线光电离质谱应用于煤热解研究[D]. 朱亚楠.中国科学技术大学 2019
[2]固体氧化物电池燃料极界面反应过程[D]. 郑明浩.中国科学技术大学 2018
[3]开放直孔电极支撑固体氧化物电池的制备及性能研究[D]. 蔺杰.中国科学技术大学 2018
[4]C2～C4醇类燃料的热解及低温等离子体研究[D]. 王晶.中国科学技术大学 2008
本文编号：3049140
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