中低温固体氧化物燃料电池双层电解质结构设计及相关电极材料开发

发布时间：2024-07-11 05:19

　　作为一种清洁高效的能源转换装置,固体氧化物燃料电池(SOFC)在能源领域占据重要地位。但是传统SOFC的高操作温度限制了其商业化应用。实现SOFC低温化的主要手段包括两个方面:一方面,通过电解质薄膜化或者发展新型高离子电导率材料可以降低电池体系的欧姆电阻;另一方面,由于操作温度的降低带来显著的极化电阻问题,开发高性能低温阴极材料也至关重要。在目前研究的电解质体系中,掺杂氧化铋(DBO)是近年来被发现的一种高氧离子导体电导率材料,但是DBO材料在电池燃料还原性气氛中易分解为金属铋,而且DBO熔点低,电解质膜制备困难,目前针对DBO在SOFC上的应用较少,主要集中在作为双层电解质阴极侧电解质层的研究。质子导体基材料活化能低,也是近年来受到广泛关注的电解质材料,目前针对质子基SOFC的高性能阴极选择有限,最广泛采用的是与电解质复合使用的传统钙钛矿阴极材料。本论文的工作包括(1)围绕DBO材料的高电导率性能,研究了 DBO作为SOFC电解质添加剂的效应;针对YSZ|DBO双层电解质体系进行结构设计、工艺优化以及电化学性能研究。(2)开发新型低温高性能阴极材料,改善SOFC电化学性能。第一章对固...

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ＳＯＦＣ的工作原理示意图丨２Ｊ

?第一章绪论???ＳＯＦＣ的基本结构由三部分组成，分别为多孔的阳极和阴极及介于两电极之??间的致密电解质。其中电解质是由具有氧离子传导或者质子传导的氧化物薄层，??多孔电极的孔隙构成燃料气／氧气的传输通道。根据电解质的传输载流子种类不??同，ＳＯＦＣ可以分为氧离子传导ＳＯＦＣ（Ｏ....

图１．４氧化铋的超级氧空位晶体结构示意图

良??好的电导率表现。然而当温度冷却到６００?°Ｃ以下时，ＹＳＢ，ＥＳＢ会发生一阶空??位有序－无序相变。与离子掺杂的氧化铈或氧化锆相比，掺杂氧化铋（ＤＢＯ）的受主??元素（Ｂｉ３＋）和掺杂离子之间不存在电荷差。也就是说氧离子在晶格结构中的排布??和离子迁移主要影响着掺杂氧化铋的....

图１．６两相传导复合阴极和三相传导复合阴极在Ｈ－ＳＯＦＣ上的应用示意图

２Ｆｅａ８〇３－ｓ－ＧＤＣ，Ｓｍｏ．ｓＳｒａｓＣｏｗＳＤＣ?及??Ｂａ〇．５Ｓｒａ５Ｆｅ０３－ｓ－ＳＤＣ等一系列复合阴极［１３６］。这类具有更高的氧离子传输性能，??在中低温电池中呈现较低的极化电阻。??除了采用传统钙钛矿阴极与电解质材料复合这一策略，近年来，采用新型高??性能阴....

图２．１?Ｘ射线衍射图谱（ａ）ｘＥＳＢ－ＳＮＤＣ，?ｘ＝０－３０?ｗｔ．％；?（ｂ）ＮｉＣｕＯ－ＳＮＤＣ阳极，５ＥＳＢ－ＳＮＤＣ电??解质和ＥＳＢ－ＬＳＭ复合阴极粉体

线衍射仪（ＸＲＤ，ＲｉｇａｋｕＴＴＲ－ＩＩＩ，?ＣｕＫａ）测试所有粉末的相组成和结构。??扫描电镜（ＳＥＭ，ＪＫ）ＬＪＳＭ－６７００Ｆ）观察材料微观结构和界面结合。??２．３结果与讨论??２．３．１相结构及化学相容性??ｘＥＳＢ－ＳＮＤＣ（ｘ＝０，１，３，?５，１０，?２０，?３....

本文编号：4005308