一、高温固体薄膜电解质燃料电池基体——ZrO_2多孔管工艺研究(论文文献综述)
王玥[1](2021)在《固体氧化物电池的纳米电极制备与性能研究》文中进行了进一步梳理固体氧化物电池(Solid Oxide Cell,SOC)是一种能量转换陶瓷器件,可以在高温下实现燃料化学能与电能之间的相互转换;其工作模式分为燃料电池发电模式(Solid Oxid Fuel Cell,SOFC)和电解池模式(Solid Oxid Electrolysis Cell,SOEC)。在SOFC模式下,电池直接利用氢气、天然气等燃料来发电,既高效又清洁;在SOEC模式下,电池可以与可再生能源技术相结合,利用富余电力来电解H2O或CO2以生产合成气,并进一步通过费托反应来制备燃料或高附加值化学品。降低电池工作温度是SOFC的重要发展趋势。但是,随着工作温度的降低,电池的欧姆阻抗和界面极化阻抗都会明显增加,导致电池输出功率的下降。欧姆阻抗主要取决于电解质材料的电导率和电解质隔膜的厚度,采用高电导率的电解质材料和薄膜电解质可以降低电池在低温下的欧姆阻抗。界面极化阻抗主要与电极的催化活化相关,增大电极反应面积可以显着降低界面极化阻抗,因此,本论文将设计纳米尺度的SOFC电极,系统研究纳米电极的化学组成与形貌对其催化活性和电池性能的影响,分析纳米电极在碳氢燃料中的抗积碳性能。另外,CO2的热力学稳定性和动力学惰性导致其高温电解性能较差,迫切需要发展低成本、高催化活性、在高电解电流密度下可长期工作的新型阴极材料,因此,本论文也将开发纳微尺度的新型SOEC阴极,分析CO2电解机理,通过阴极组成和纳微结构优化来提升SOECs的电解性能。主要研究内容如下:1.采用水热法合成Ce0.8Ln0.2O2-δ(Ln=Sm,Gd,Pr)纳米棒,通过掺杂镧系金属离子来调节氧化铈纳米棒的表面氧空位浓度,从而调控其作为SOFC阳极在低温下对H2和C3H8电氧化反应的催化性能。氢气程序升温还原、UV-Raman和XPS分析表明,镧系金属离子的掺杂增加了CeO2-δ中的氧空位浓度和表面活性氧物种,其表面氧化还原活性按以下顺序增加CeO2-δ<Ce0.8Pr0.2O2-δ<Ce0.8Gd0.2O2-δ<Ce0.8Sm0.2O2-δ。以Ce0.8Sm0.2O2-δ、Ce0.8Gd0.2O2-δ和Ce0.8Gd0.2O2-δ为阳极的单电池在600℃和氢气燃料条件下的峰值输出功率分别是0.63、0.52和0.46 W cm-2,而在丙烷燃料中的峰值输出功率分别是0.17、0.19和0.23Wcm-2。Ce0.8Ln0.2O2-δ的催化氧化反应活性的大幅提升主要与纳米棒的表面还原性质、表面氧空位的浓度和键合羟基的强弱有关。2.采用水热法合成Ni2+掺杂CeO2-δ纳米棒(Ce1-xNixO2-δ),并研究其作为低温SOFC阳极的催化性能。研究发现,在600℃和H2条件下,Ce1-xNixO2-δ纳米棒表面析出少量直径为11nm的Ni金属颗粒,析出的纳米镍颗粒促进了氧化铈表面晶格氧的脱出反应。对称电池的阻抗谱研究结合弛豫时间分布(DRT)分析表明,Ni2+含量的增加可以促进H2在Ce1-xNixO2-δ纳米棒表面的解离吸附。在600℃下,以Ce0.9Ni0.1O2-δ和CeO2-δ纳米棒为阳极的单电池在97%H2-3%H2O中的峰值输出功率分别为820和442 m W cm-2,在68%CH3OH-32%N2中的峰值输出功率则分别为598和331 m W cm-2。另外,在低温电解水方面,Ce0.9Ni0.1O2-δ为阴极的电解池在1.3 V下产生0.42 A cm-2的电解电流,在SOFC模式和SOEC模式之间稳定工作。3.合成了双钙钛矿结构的La0.3Sr1.55Fe1.4Ni0.1Mo0.4O6-δ(LSFNM)阴极催化剂,研究其对CO2电还原反应的催化性能。研究发现,在800℃和H2条件下热处理后,少量Ni Fe合金纳米颗粒从LSFNM钙钛矿晶格中脱溶。与Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ(SFM)相比,LSFNM对CO2具有更强的化学吸附能力和更快的表面反应平衡,表面反应速率常数由1.83×10-4cms-1(SFM)增加到4.78×10-4cms-1(LSFNM),显着加快了CO2的表面还原。在1.5 V和800℃的条件下,电解CO2的电流密度达到3.07Acm-2,较SFM燃料极电池提升了96.8%,DRT分析表明,Ni Fe颗粒的脱溶改善了材料表面对CO2的吸附活化能力。此外,100小时短期性能测试后,未产生积碳现象,稳定性较好,归因于原位脱溶的Ni Fe合金纳米颗粒及其与钙钛矿基底的相互作用。4.合成了系列LaxSr2-xFe1.4Ni0.1Mo0.4O6-δ(LxSFNM)氧化物,研究其作为SOEC对称电极的性能。当x≤0.3时,随着La3+含量的增加,材料的电导率、活性氧含量和对称电池性能都有不同程度的增加;而x≥0.4时,材料对称性和阳离子有序度的降低导致电导率和催化活性的下降。其中,L0.3SFNM材料表现出最优性能,作为电极催化剂的电解池在800℃、1.5 V工作电压下获得1.17Acm-2的电流密度,优于类似电解质支撑对称结构电解池的性能;因此,L0.3SFNM是一种理想的对称电极材料。
马凯,李成新[2](2020)在《真空冷喷涂技术及其在功能器件中的应用》文中指出真空冷喷涂作为一种有潜力的新型涂层制备工艺,已引起来自多个国家研究团队的关注。超细陶瓷或金属颗粒以数百米每秒或更高速度撞击基体与累加沉积,无需高温烧结,即可在室温下制备致密或多孔的纳米结构陶瓷涂层或金属涂层。该工艺具有材料适用广泛、成分不易发生变化、可直接快速制备复合材料以及多种结构涂层的优势。尤其是在功能陶瓷领域,真空冷喷涂有希望成为以烧结为基础的传统生产工艺的替代品。文中详细阐述了真空冷喷涂工艺的原理与特点、颗粒沉积行为和典型涂层形貌,并介绍了真空冷喷涂工艺在传感器(气体、湿度和温度)、能源器件(太阳能电池、燃料电池、锂离子电池和超级电容器等)、微机电系统(MEMS)器件、表面防护、生物涂层以及金属涂层等领域的应用和最新研究进展。最后对真空冷喷涂工艺的未来研究方向和应用领域进行了展望。
李芳芳[3](2020)在《液晶聚合物/蒙脱土杂化材料/PEO基固体电解质的研究》文中研究指明锂离子电池的应用越来越广泛,然而,液态电解质作为其重要的组成部分存在泄露引发电池爆炸等问题极大地限制了锂电池的应用,因此用固体电解质替代液态电解质解决锂电池漏液的问题成为研究的热点。其中质量轻、柔性的固体聚合物电解质是研究的热点之一。聚环氧乙烷(PEO)因其电导率高被广泛应用于固体聚合物电解质研究中,但是由于其结晶度高,锂离子运动受限,室温电导率低、热稳定性和机械性能较差的问题尚未解决,因此持续深入研究具有理论和应用意义。设计用液晶聚合物插层蒙脱土制成的杂化材料(LCT)作为功能性掺杂剂,采用自动刮膜技术制备LCT掺杂PEO、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/PEO、聚碳酸亚丙酯(PPC)/PEO三个体系的聚合物电解质,并对电解质的结构、结晶度、电导率和机械性能等进行了测试与表征。针对电解质在锂电池使用过程存在易燃易爆的安全隐患问题,在研究过程中少见的进行了阻燃性能的测试。在PEO固体电解质体系中,随着LCT质量分数增加,PEO的结晶度有先降低后增加的趋势,LCT添加量为1.5%时,DSC与XRD测试结果显示此时体系结晶度最小,18℃时电导率最大为5.96×10-55 S/cm,比未加入LCT时提高了11倍多。加入LCT后,电解质的力学性能有所改善,添加量为1.0%时,最大应力达到2.49 MPa,添加量为1.5%时,最大应变达到830%。LCT的加入提高了电解质的热稳定性。在PMMA/PEO固体电解质体系中,未添加LCT时,无定形的PMMA组分使PEO基体的结晶度降低到27%左右,添加量为0.5%时,PEO结晶度降低到21%左右,18℃时电导率最大为3.26×10-55 S/cm,高于未加入LCT的电导率,此时力学性也能有所改善,PMMA/PEO体系应变最大为883%,添加1.5%LCT后,最大应力为6.43 MPa,电解质的初始分解温度最高为242.7℃。在PPC/PEO固体电解质体系中,未添加LCT时,无定形PPC组分的加入使PEO的结晶度降低到20%左右,添加量为0.5%时PEO结晶度最小为14%,比未加LCT时降低了30%,电导率在18℃下由4.38×10-66 S/cm提升至2.29×10-55 S/cm,最大应变达到最大值880%,在此时电解质的初始分解温度为306.7℃。当LCT添加量为1.0%时电解质的拉伸强度最大为3.43 MPa。通过红外光谱和拉曼光谱对电解质的结构进行表征,发现添加锂盐和LCT均不会引起体系中PEO分子链构象的改变。通过测试极限氧指数(LOI)评价了电解质的阻燃性能,发现PEO体系中添加1.5%LCT后,LOI达到20.4%,在PMMA/PEO体系中添加0.5%LCT时,电解质的LOI最高为22%,添加同样含量的LCT,PPC/PEO的LOI最高达到为23.4%,在空气中不易燃烧。
褚展鹏[4](2020)在《固体氧化物燃料电池的多场耦合及热应力分析》文中认为在能源问题日益凸显的今天,固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)被认为是一种新型高效的清洁能源转换装置,逐步成为21世纪新能源发展的重点。本文研究的对象为应用范围较广的平板式SOFC,基于COMSOL有限元软件建立了多个SOFC多物理场耦合模型,从电化学,稳态热应力,长期热力学性能等方面进行全方面多结构的研究,其具体内容如下:在电池性能研究方面,建立了一个包括电化学、多物质传递和气体流动与扩散的多物理场模型,讨论了顺流、逆流和交错流对电池性能及内部物质分布的影响,在确定了入流形式和工作电压的范围后,对三种构型的SOFC进行了电化学分析,比较连接体形式改变后对燃料电池各性能指标的影响,最后发现圆形和弓形流道设计的SOFC输出性能比传统SOFC有了较大提高。在单程流道优化的基础上提出了一种多程流道优化模式,最后通过对比传统结构发现,流道和连接体肋板的重排布能在一定程度上降低接触电阻和欧姆损耗,优化电流密度分布,进而提高电池的输出功率。在电池稳态热应力研究方面,在建立的电化学模型基础上,添加了弹性本构再与温度场的耦合进行电池稳态热应力的分析,同时改进了弓形流道配置以获得更好的热力学性能。最终发现结构优化后的SOFC构型电池输出性能不仅没有降低,在部分工作电压区甚至有着更高的输出功率,并有效减少了连接体中的应力危险区域,在电池整体的应力分布上也更加地均匀,有效提高了结构的抗失效能力并延长电池的使用寿命。在电池的长期热应力性能研究方面,在稳态热应力的研究基础上,添加了蠕变理论模型进一步耦合,研究燃料电池在较长时间尺度内发生的高温蠕变现象。最终发现蠕变产生的应力水平相对于稳态热应力水平而言较小,但产生的等效蠕变应变却比稳态热应变要大得多,这说明在SOFC的长期运行过程中,失效模式从应力破坏向应变破坏进行转变,从而对SOFC展开长期力学性能研究或者寿命预测及蠕变分析是必不可少的。
李飞[5](2017)在《阳极支撑SOFC电解质薄膜及电极材料的制备与性能研究》文中指出固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)是新型绿色发电技术,采用离子导体为隔膜,直接将化学能转化为电能,能量转换效率高,安全环保,很有发展前景。然而其工作温度较高会引发诸多问题,降低SOFC的使用寿命和工作效率,实现电池中低温化的常用方法就是采用阳极支撑SOFC,将电解质材料制备成薄膜。作为SOFC的重要组成部分,阳极支撑体与电解质薄膜的性能极为重要。首先以石墨为造孔剂制备多孔NiO/YSZ阳极材料,探讨造孔剂含量对阳极材料微观结构及各项性能的影响。结果表明随着造孔剂含量的增加,阳极材料的开气孔率和收缩率等逐渐增加,抗热震性能得到改善,而其弯曲强度和电导率有所降低。其中石墨含量1Owt%的阳极材料,弯曲强度在50MPa左右,还原后气孔率达到38%,电导率为720s/cm,满足SOFC正常工作的基本要求。其次通过干压成型法制备出梯度阳极材料,使阳极从支撑层到功能层NiO和造孔剂含量递减,原料粉体颗粒逐渐细化,孔隙率降低,从而增加阳极的催化活性,使阳极材料工作寿命延长,性能提高。对于阳极功能层,原料球磨时间越长,则粉体颗粒越细,混合越均匀,从而保证了较高的反应三相界面。然后采用浆料旋涂法在阳极支撑体上制备电解质薄膜,研究各项旋涂工艺参数对电解质薄膜厚度和致密性的影响。发现粘结剂中乙基纤维素含量为3wt%,固相含量为40wt%,阳极预烧温度为800℃时,薄膜致密性较好。旋涂时间为20s,转速4000r/min,旋涂4次时,可以得到厚度15um左右的电解质薄膜。薄膜厚度均匀平整,与阳极支撑体连接紧密。在YSZ浆料中加入Bi203作为烧结助剂,不仅可以降低烧结温度,提高致密性,还能促进晶粒生长,降低电解质材料的晶界电阻。但过多的Bi2O3会导致部分c-ZrO2转变为氧离子电导率较低的m-ZrO2,同时降低了电解质的抗热震性能。添加3wt%Bi2O3的YSZ电解质在125℃时的相对密度为97.5%,达到纯YSZ电解质在1450℃烧结后的致密性,避免了 m-ZrO2的生成,较为合适。最后采用溶胶凝胶法制备出比表面积较大、反应活性较高的钙钛矿型LSM阴极粉体。将LSM与YSZ混合,球磨时间越长,粉体混合越均匀,颗粒越细小。通过旋涂法在阳极支撑电解质上制备复合阴极薄膜,可得到SOFC单电池。浆料中乙基纤维素起到粘结剂和造孔剂的双重作用,其含量为6wt%的复合阴极在110℃烧结后骨架结构细化,孔隙细小均匀,薄膜表面平整,且与电解质接触紧密,使阴极拥有更多的三相界面,电化学活性提高。
王岸杰[6](2015)在《静电纺丝法制备SOFC复相阴极材料LSCF-GDC及其电化学性能研究》文中认为固体氧化物燃料电池(SOFC)采用全固态陶瓷材料,是将燃料中的化学能转化成为电能的一种装置。具有生态友好、能量利用率高、安全性能良好、绿色环保和燃料来源广泛等特点。发展中低温(500~800℃)下工作的SOFC成为了近年来SOFC发展的方向。然而,阻抗增加、电极催化活性降低等问题,尤其体现在阴极方面。因此如何在保持高电催化活性的同时降低阴极的损耗成为目前SOFC的研究重点方向。钙钛矿型结构的La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ材料在拥有良好离子电子导电性的同时也具备低热膨胀系数,高电催化活性的优点,是一种十分有前景的材料。另外,阴极内部的结构特点也是决定阴极性能的关键,其中三维网络结构状的LSCF阴极具有比表面积大、孔隙率高、气体通透性好的优点。静电纺丝法是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下被拉伸形成喷射流进行纳米纤维网络结构纺丝加工的工艺。本研究采用有机物络合溶胶一凝胶法制备了含多金属离子的前驱液。通过静电纺丝法制备了均一稳定的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ纤维,并重点研究了PVP含量、电压、喷丝距离、供料速率等工艺参数对静电纺丝法制备LSCF纳米纤维形貌的影响。通过TG-DTA、XRD、SEM、TEM等分析测试手段对制备的LSCF纳米纤维的晶相、微观形貌、元素组成、尺寸大小等进行表征,得出经过800℃煅烧后LSCF纤维丝为单晶结构,形成了纯钙钛矿晶相。将制备出来的纤维纺丝研磨后制备出阴极浆料,使用丝网印刷法涂覆在电解质层上,制备出阴极对称电池。为了减少阴极的极化阻抗,本文采用Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)浸渍纤维状La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)制备了LSCF-GDC复相阴极材料,并以LSCF-GDC复相纤维为阴极,制备了阴极对称电池(LSCF+GDC‖GDC‖LSCF+GDC)。LSCF-GDC复相阴极具有较好的电化学性能。在空气气氛和750℃工作温度下,当GDC与LSCF质量比分别为0:1、0.17:1、0.38:1、0.54:1时,复相阴极的阻抗分别为0.64 Ω·cm2、 0.42 Ω·cm2、0.27Ω·cm2、0.38Ω·cm2。再进一步制备出GDC纤维,并将其与LSCF纤维复合制备成阴极。在750℃时,质量分数为10%、20%、30%的GDC纤维与LSCF纤维均匀混合时极化阻抗分别为0.53、0.33、0.73Ω·cm2。在750℃下,纯LSCF阴极、浸渍含量为38%GDC的LSCF阴极、LSCF-20GDC复合纤维阴极制备的单电池(NiO+YSZ‖YSZ‖LSCF)和(NiO+YSZ‖YSZ‖LSCF+GDC)的功率密度分别为0.56 wcm-2、0.81 wcm-2及0.68wcm-2。
代宁宁[7](2014)在《新型Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ基固体氧化物燃料电池阴极材料的研究》文中提出固体氧化物燃料电池的工作温度降至600-800oC,有助于解决电池材料衰减、长期不稳定和造价过高等问题,成为当前的研究热点。但降低温度将导致发生在阴极的氧还原催化活性下降,使阴极极化电阻增大。阴极材料成为限制中温固体氧化物燃料电池发展的关键因素。对传统材料进行改性或开发新型阴极是当前解决这一问题的主要方式。Sr2Fe1.5Mo0.5O6δ(SFM)材料,作为一种新型钙钛矿氧化物,因其在氧化和还原气氛中都具有优异的稳定性和催化活性而备受关注。本论文提出“一步”燃烧法制备纳米多孔的Sr2Fe1.5Mo0.5O6δ-Sm0.2Ce0.8O1.9(SFM-SDC)复合材料,作为中温固体氧化物燃料(IT-SOFC)的阴极。采用该方法制备的纳米复合材料中SFM和SDC相均匀分布。电化学交流阻抗谱测试(EIS)结果表明SFM-SDC40(wt%60:40)阴极具有最佳的电化学性能,即最小的界面极化电阻。并通过引入SDC层得到电化学性能优异的SDC/SFM-SDC双层阴极,SDC层的加入使阴极(Rp)显着减小,加快了阴极中电荷传输过程。800oC下双层阴极SDC/SFM-SDC40的极化电阻,Rp为0.11cm2,仅为单层阴极SFM-SDC40的一半。与无SDC层的单电池相比较,引入SDC层的电池在650-800°C下放电功率显着提高。在650和800°C时,阳极支撑型单电池NiO-YSZ/YSZ/SFM-SDC的最大放电功率密度分别为0.33和1.77W cm2,而NiO-YSZ/YSZ/SDC/SFM-SDC电池的最大输出功率密度分别达到0.78和2.11W cm2。采用溶胶-凝胶燃烧法制备Sr2Fe1.5-xNixMo0.5O6δ(x=0,0.05,0.1,0.2,0.4)(SFNM)系列材料,并将其作为IT-SOFCs阴极材料。系统研究了Ni掺杂量对材料晶型结构、微观结构、热膨胀、元素价态及电化学性能的影响。SFNM材料是对称的立方型钙钛矿结构,呈现由纳米颗粒构成的3D互通的网状微观结构。随着Ni掺杂量的增多,材料的晶胞收缩,热膨胀系数(TECs)增大。掺杂的Ni2+改变了材料中Fe3+/Mo5+和Fe2+/Mo6+两电子对之间的平衡反应,使SFNM材料的电导率显着被提高,当x=0.1时,450oC下材料的电导率达到60S cm-1,超过SFM材料电导率的两倍。Sr2Fe1.4Ni0.1Mo0.5O6δ(SFN0.1M)阴极表现出最优的电化学性能和最低的Rp,其Rp仅为SFM阴极Rp的一半。在700和750°C下以SFN0.1M为阴极的单电池的最大放电功率分别达到0.92和1.27W cm2。采用燃烧法制备了Sr2-xBaxFe1.5Mo0.5O6δ(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)系列材料作为IT-SOFC阴极。离子半径较大的Ba2+掺杂,使材料的晶胞扩张,当x=0.8和1时,出现杂质相。随着Ba掺杂量的增加,该电极材料的TEC逐渐增大。A位Ba掺杂对Sr2-xBaxFe1.5Mo0.5O6δ(x=0,0.2,0.4,0.6)(SBFM)材料中Fe3+/Mo5+和Fe2+/Mo6+两电子对的含量影响不大。与SFM相比较,SBFM材料具有更好的电化学性能,特别是,Sr1.8Ba0.2Fe1.5Mo0.5O6δ(SB0.2FM)的极化电阻最小。在700和750°C下,以SB0.2FM为阴极的电池,其最大输出功率密度分别为0.87和1.30W cm2。在本论文中,通过材料的晶格变化和Fe、Mo的价态的变化,探讨了B位掺杂Ni和A位掺杂Ba对SFM材料性能产生影响的机理。B位Ni掺杂有利于形成氧空位;同时影响Fe3+/Mo5+和Fe2+/Mo6+之间的平衡反应,因此,B位Ni掺杂提高了SFNM材料的电化学性能。而A位掺杂Ba使SBFM材料性能有所提高的主要原因是材料晶胞扩张,利于晶格中电子自由活动。Fe3+/Mo5+和Fe2+/Mo6+之间的平衡反应对材料性能影响并不明显。据此推断:当材料中Fe3+/Mo5+和Fe2+/Mo6+两电子对含量相等时,该材料具有最佳的电化学性能。
国星[8](2012)在《氧在La/SrMnO3(001)吸附、解离和扩散的第一性原理研究》文中研究指明固体氧化物燃料电池是一种将碳氢化合物的化学能通过电化学反应转化成电能的最有效的装置,近年来其在清洁、高效分布式发电领域中越来越受到人们的重视。固体氧化物燃料电池(SOFC)是已发明的由化学燃料直接转化为电能的最有效的装置。综合考虑La1-xSrxMnO3为最合适的SOFC阴极材料。阴极/电解质界面(LSC),阴极将氧分子还原为氧离子,该反应是在强的氧化气氛中进行的,而且钙钛矿材料表面对氧的吸附和扩散机理对其电化学性能的影响非常重要。利用同位素(18O2)示踪法分析反应机理,发现O2/LSC表面发生氧吸附决定了阴极反应的速率;也就是说,第一步的吸附反应决定了固体阴极材料的性能好坏。因此采用基于密度泛函的第一性原理方法,系统研究La/SrMnO3电学性能及导电机理并比较La/SrMnO3(001)三种外表面对O原子的吸附,以及O2分子在各表面解离过程具有重要的现实意义。我们对La/SrMnO3采用vasp和castep软件进行了系统的晶格结构和电学基本性能计算的基础上,采用基于密度泛函的第一性原理的方法,同时结合Nudged Elastic Band方法,系统研究了O原子和O2分子在La/SrMnO3(001)表面的吸附过程。详细比较MnO2、LaO和SrO作为(001)外层表面O原子吸附的性能和表面结构变化;给出O2分子在MnO2、LaO和SrO外表面的解离路径和势垒;研究O原子在三种表面的扩散过程,计算出各扩散路径的势垒和最稳定的吸附位置的基本情况。在此基础上,通过比较解离、扩散和放氧环节的激活能数据,提出O2的解离和表面放氧过程均为速率控制步骤。进一步为La/SrMnO3作为固体阴极材料时决定性能的第一步吸附反应提供了理论数据的支持。
罗坤[9](2012)在《复合阳极支撑抗硫中温固体氧化物燃料电池的制备与性能研究》文中进行了进一步梳理固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells, SOFCs)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转换为电能的全固态发电装置。作为一种新型的能量转换技术,它具有发电效率高、环境友好、不需要贵金属作催化剂、燃料适应性广等优点。从可持续发展战略和保护生态环境的角度来看,寻求新的能源解决方案势在必行,而燃料电池技术极具发展前景,引起了人们的广泛关注和研究。经过近三十年的快速发展,人们一直在努力将SOFC推向市场化。为了降低制造和使用成本,当前SOFC研究的重点是通过电解质的薄膜化来降低电池的工作温度。而选择出具有燃料适应性广,氧化还原循环性能好,导电性能高的阳极材料有利于SOFC进一步接近实际应用。本课题研究的主要内容是多孔基体支撑致密电解质双层薄膜的制备和在多孔基体内通过液相浸渍制备出抗硫化氢中毒和抗积碳的阳极催化剂材料两个方面,并在此基础上讨论了IT-SOFC单电池制备工艺,进而对单电池进行性能表征和评估。具体研究工作如下:论文第一章概述了各种燃料电池技术,简单介绍了SOFC工作原理、结构、各关键材料的要求,以及SOFC技术研究、发展的现状和趋势和本课题的研究背景与意义。最后给出了本论文的主要研究内容。第二章分析了目前常用SOFC电解质、阳极和阴极材料的特点,并通过实验合成了电解质、阴极阻挡层和阴极粉体,且对这三种粉体进行了XRD物相分析。第三章介绍了常用的薄膜制备方法。采用流延法、丝网印刷法和共烧结法制备了多孔YSZ基体支撑致密电解质双层薄膜,对该双层薄膜进行了SEM显微结构表征,并基于此薄膜通过丝网印刷沉积了阴极阻挡层和阴极层。讨论了流延法,丝网印刷法和共烧结法在单电池制备过程中容易出现的缺陷和解决途径。第四章分析了开发新型SOFC阳极的必要性,试验通过液相浸渍法在多孔YSZ基体内制备了V2O5-CuO和V2O5-LaCrO3复合阳极,并对其进行了SEM显微结构表征,讨论了浸渍法的工艺要素。第五章对单电池进行了性能测试,在800℃工作条件下,分别用增湿氢气和增湿的含5200ppmH2S合成气(60%CO,40%H2)作燃料时,以VOx-Cu-YSZ为阳极的单电池开路电压分别为1.06V和1.05V,功率密度均为37mW/cm2;以VOx-LaCrO3-YSZ为阳极的单电池开路电压分别为1.08V和1.07V,功率密度分别为41mW/cm2和35mW/cm2。测试结果表明,所选复合阳极材料具有良好的抗硫化氢中毒和抗积碳能力。第六章概述了A位掺杂钙钛矿SrTiO3材料作为新型SOFC阳极材料的研究情况,实验选用具有电导率高,与电解质材料热匹配性能好,氧化循环性能好的LST取代YSZ做基体材料,成功制备出LST/LST-YSZ/10Sc1CeSZ多层薄膜,并基于此薄膜对单电池的制备进行了初步探索。第七章总结了本课题所取得的阶段性成果及实验过程中发现的问题和相应的改善措施,最后对将来的研究工作提出了全新的展望。
李娟[10](2011)在《微纳米结构SOFC复合阴极的构筑及其表征》文中研究表明中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)可以有效地缓解高温电池长期运行所带来的稳定性和寿命下降问题,是目前SOFC领域的主要研究方向。但是,电池工作温度的降低导致阴极材料的催化活性下降,成为SOFC中温化亟待解决的关键瓶颈技术。为了解决这一问题,优化阴极的微观结构是提高阴极在中温下电催化活性的重要手段。一方面,由于纳米材料具有较高的比表面积和催化活性,如果能够将SOFC阴极纳米化,可以极大地增加阴极的三相反应界面,降低阴极在中温的极化电阻,提高阴极的催化活性。另一方面,通过优化阴极的孔隙结构及孔径分布,可以加快反应过程中的气相传输过程。本论文通过模板法构筑几种具有不同微观结构的微纳米电极,即具有三维有序多孔结构、一维纳米管及纳米棒结构以及蜂窝型多孔结构的La0.8Sr0.2MnO3/Zr0.84Y0.16O2(LSM/YSZ)复合阴极。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)技术对阴极的微观形貌进行表征,研究制备条件对阴极微观结构的影响,优化出最佳的制备工艺。通过电化学阻抗谱(EIS)方法对阴极的电催化活性进行表征,考察阴极微观形貌与电催化活性之间的关系,并对阴极氧还原反应动力学进行探讨。采用无皂乳液聚合法合成直径600nm的单分散聚苯乙烯(PS)微球;通过垂直沉积法组装PS胶体晶体模板;使用LSM/YSZ混合溶胶对PS模板进行浸渍,制备结构完整的三维有序大孔(3-DOM)结构LSM/YSZ薄膜;结合快速烧结工艺,最终得到3-DOM结构的LSM/YSZ复合阴极。快速烧结工艺通过提高升降温速率和缩短保温时间,使阴极与电解质获得良好结合力的同时,纳米结构得以保持。考察快速烧结温度和保温时间对3-DOM结构的影响,进而研究3-DOM结构的演变对阴极极化的影响。3-DOM结构的LSM/YSZ经1000℃快速烧结15min后,在650℃和700℃,LSM/YSZ复合阴极的极化电阻分别为0.71?·cm2和0.57?·cm2,与常规结构的LSM/YSZ复合阴极相比,中温下阴极的极化电阻大大降低。采用St?ber法合成直径330nm的单分散SiO2微球,垂直沉积组装SiO2胶体晶体模板,通过1010℃高温煅烧、1wt%氢氟酸刻蚀制备非密堆积的SiO2胶体晶体,通过浸渍法得到三维有序结构的LSM/YSZ复合阴极。通过SiO2胶体晶体模板法制备的三维有序复合阴极热稳定性高,经1000℃煅烧2h仍能保持35nm的空心球网络结构。纳米级的LSM和YSZ颗粒、连续的网络结构使三维有序LSM/YSZ复合阴极具有快速的离子、电子传导,使其电化学行为更加类似于混合离子电子导体,而与传统结构的LSM/YSZ阴极不同。通过孔润湿法,采用不同孔径的聚碳酸酯模板,合成不同直径的LSM/YSZ复合纳米管。通过快速烧结法,制备具有纳米管及纳米棒状结构的LSM/YSZ复合阴极。通过SEM和EIS方法,研究快速烧结的升降温速率和纳米管直径对所得到的LSM/YSZ复合阴极的微观结构,进而对阴极电化学性能的影响。通过200℃·min?1的升降温速率所得到的纳米管状LSM/YSZ复合阴极,不论是欧姆电阻还是极化电阻都远小于纳米棒状阴极。对于三种不同直径的纳米管状复合阴极,采用孔径400nm的模板得到的阴极具有最小的极化电阻,在700℃、750℃、800℃和850℃时,分别为0.56Ω·cm2、0.41Ω·cm2、0.28Ω·cm2和0.18Ω·cm2,远小于具有常规结构的LSM/YSZ复合阴极。采用水滴模板法制备蜂窝型多孔LSM/YSZ复合阴极,这种阴极结构表面具有有序的微米级大孔,能够有利于气相的快速传输。通过SEM考察环境温度、相对湿度、浆料厚度、共聚物浓度和粉体浓度对阴极孔径大小及孔隙分布的影响。采用水滴模板法制备的蜂窝型多孔阴极其大孔孔径应适中,过大或过小的孔隙都不利于降低阴极的极化电阻。在环境温度为35℃,相对湿度为70%75%的条件下,得到的LSM/YSZ复合阴极极化电阻最小。通过EIS解析,采用水滴模板法制备的蜂窝型多孔结构,在650℃和700℃时,对于降低由扩散过程控制的低频区阻抗是十分有效的。
二、高温固体薄膜电解质燃料电池基体——ZrO_2多孔管工艺研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、高温固体薄膜电解质燃料电池基体——ZrO_2多孔管工艺研究(论文提纲范文)
(1)固体氧化物电池的纳米电极制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 固体氧化物电池简介 |
1.2.1 国内外研究现状 |
1.2.2 工作原理 |
1.2.3 理论电压和效率 |
1.2.4 极化损失 |
1.3 固体氧化物电池关键材料 |
1.3.1 电解质材料 |
1.3.2 燃料极材料 |
1.3.3 空气极材料 |
1.4 提升燃料极性能的改进方法 |
1.4.1 原位脱溶 |
1.4.2 复合材料 |
1.4.3 湿化学浸渍 |
1.5 本论文的立题依据和研究内容 |
第2章 材料性能表征与电化学性能分析 |
2.1 实验常用试剂及原料 |
2.2 实验仪器与设备 |
2.3 材料的表征技术 |
2.3.1 X射线衍射 |
2.3.2 扫描电子显微镜 |
2.3.3 透射电子显微镜 |
2.3.4 X射线光电子能谱 |
2.3.5 拉曼光谱 |
2.3.6 程序升温技术 |
2.3.7 红外光谱 |
2.3.8 热重分析 |
2.4 电化学性能表征 |
2.4.1 电导率测试 |
2.4.2 电导弛豫法 |
2.4.3 电化学阻抗谱 |
第3章 稀土金属离子掺杂诱导氧化铈表面活化及电催化性能 |
3.1 引言 |
3.2 材料合成与表征 |
3.2.1 纳米棒的合成 |
3.2.2 物相表征 |
3.2.3 表面物理化学特性 |
3.3 电化学性能表征 |
3.3.1 对称电池研究 |
3.3.2 单电池放电性能 |
3.4 结论 |
第4章 Ni~(2+)掺杂氧化铈纳米棒阳极合成及电催化行为 |
4.1 引言 |
4.2 材料合成与表征 |
4.2.1 粉体合成 |
4.2.2 结构表征 |
4.3 电化学性能表征 |
4.3.1 对称电池研究 |
4.3.2 单电池放电性能 |
4.3.3 单电池电解性能 |
4.4 结论 |
第5章 La~(3+)、Ni~(2+)共掺杂对Sr_2Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)电还原CO_2的增强效应 |
5.1 引言 |
5.2 材料合成与表征 |
5.2.1 粉体合成 |
5.2.2 物相表征 |
5.3 CO_2电还原性能增强分析 |
5.4 电化学性能表征 |
5.4.1 对称电池研究 |
5.4.2 CO_2电解性能 |
5.5 结论 |
第6章 La_xSr_(2-x)Fe_(1.5)Ni_(0.1)Mo_(0.4)O_(6-δ)对称电池电解CO_2研究 |
6.1 引言 |
6.2 材料合成与表征 |
6.2.1 粉体合成 |
6.2.2 结构表征 |
6.3 电化学性能表征 |
6.3.1 对称电池研究 |
6.3.2 CO_2电解性能 |
6.4 结论 |
第7章 总结与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)真空冷喷涂技术及其在功能器件中的应用(论文提纲范文)
0 引言 |
1 真空冷喷涂技术 |
1.1 工艺原理与特点 |
1.2 颗粒沉积机制 |
1.3 涂层形貌与结构 |
2 真空冷喷涂应用与涂层性能 |
2.1 传感器 |
2.1.1 气体传感器 |
2.1.2 湿度传感器 |
2.1.3 温度传感器 |
2.2 能源器件 |
2.2.1 太阳能电池 |
2.2.2 燃料电池 |
2.2.3 锂离子电池 |
2.2.4 超级电容器 |
2.2.5 其他能源器件 |
2.3 MEMS驱动器件 |
2.4 在其他方面的应用 |
2.4.1 表面防护 |
2.4.2 生物涂层 |
2.4.3 金属涂层 |
3 结语与展望 |
(1)深入研究真空冷喷涂陶瓷颗粒结合机理。 |
(2)提高真空冷喷涂粉末沉积效率。 |
(3)提高真空冷喷涂涂层性能。 |
(3)液晶聚合物/蒙脱土杂化材料/PEO基固体电解质的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 聚合物电解质概述 |
1.1.1 聚合物电解质的发展概况 |
1.1.2 聚合物电解质的分类 |
1.1.3 聚合物锂离子电池的工作原理 |
1.2 PEO基聚合物电解质 |
1.2.1 PEO基聚合物电解质的导电机理 |
1.2.2 PEO基聚合物电解质的国内外研究进展 |
1.2.3 PEO与 PMMA共混体系 |
1.2.4 PEO与 PPC共混体系 |
1.3 液晶聚合物及蒙脱土在电解质中的应用 |
1.3.1 液晶聚合物及其在电解质中的应用 |
1.3.2 蒙脱土在聚合物电解质中的应用 |
1.4 课题研究的目的及意义 |
第2章 实验部分 |
2.1 实验药品与仪器 |
2.2 实验研究内容 |
2.2.1 LCT/PEO固体电解质的制备 |
2.2.2 LCT/PMMA/PEO固体电解质的制备 |
2.2.3 LCT/PPC/PEO固体电解质的制备 |
2.3 分析测试方法 |
2.3.0 热失重分析 |
2.3.1 差示扫描量热分析 |
2.3.2 偏光显微镜 |
2.3.3 场发射扫描电子显微镜 |
2.3.4 傅里叶变换红外光谱分析 |
2.3.5 交流阻抗测试 |
2.3.6 电化学稳定窗口测试 |
2.3.7 力学性能测试 |
2.3.8 X射线衍射分析 |
2.3.9 极限氧指数测试 |
2.3.10 拉曼光谱测试 |
第3章 结果与讨论 |
3.1 LCT/PEO固体电解质体系 |
3.1.1 LCT含量对PEO固体电解质热稳定性的影响 |
3.1.2 LCT含量对PEO固体电解质的结晶性影响 |
3.1.3 LCT含量对PEO固体电解质表观形貌的影响 |
3.1.4 LCT含量对PEO固体电解质的电性能影响 |
3.1.5 LCT含量对PEO固体电解质结构影响 |
3.1.6 LCT含量对PEO固体电解质的力学性能影响 |
3.1.7 小结 |
3.2 LCT/PMMA/PEO固体电解质体系 |
3.2.1 LCT含量对PMMA/PEO固体电解质热稳定性的影响 |
3.2.2 LCT含量对PMMA/PEO固体电解质的结晶性影响 |
3.2.3 LCT含量对PMMA/PEO固体电解质表观形貌的影响 |
3.2.4 LCT含量对PMMA/PEO固体电解质的电性能影响 |
3.2.5 LCT含量对PMMA/PEO固体电解质结构的影响 |
3.2.6 LCT含量对PMMA/PEO固体电解质的力学性能影响 |
3.2.7 小结 |
3.3 LCT/PPC/PEO固体电解质体系 |
3.3.1 LCT含量对PPC/PEO固体电解质的热稳定性影响 |
3.3.2 LCT含量对PPC/PEO固体电解质的结晶性影响 |
3.3.3 LCT含量对PPC/PEO固体电解质表观形貌的影响 |
3.3.4 LCT含量对PPC/PEO固体电解质的电性能影响 |
3.3.5 LCT含量对PPC/PEO固体电解质结构的影响 |
3.3.6 LCT含量对PPC/PEO固体电解质的力学性能影响 |
3.3.7 小结 |
第4章 结论 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
(4)固体氧化物燃料电池的多场耦合及热应力分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1.绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 燃料电池的发展历史 |
1.3 SOFC结构成分及构型 |
1.4 SOFC工作原理 |
1.4.1 SOFC电化学反应 |
1.4.2 SOFC的 Nernst电压 |
1.4.3 SOFC的极化 |
1.4.4 SOFC的电池效率 |
1.5 问题的提出及文章内容简述 |
1.5.1 问题的提出 |
1.5.2 文章内容简述 |
2.多场耦合模型建立与理论介绍 |
2.1 多场耦合模型发展及现状 |
2.2 多场耦合模型建立步骤及难点 |
2.3 多场耦合模型的理论基础 |
2.3.1 电化学模型 |
2.3.2 流体动力学模型 |
2.3.3 传热模型 |
2.4 本章小结 |
3.平板式SOFC的电化学分析 |
3.1 SOFC几何模型 |
3.2 边界条件及模型验证 |
3.2.1 SOFC各物理场边界条件的设置 |
3.2.2 SOFC有限元模型的验证 |
3.3 不同入流形式SOFC的模拟 |
3.3.1 不同入流形式简介 |
3.3.2 不同入流形式模拟结果分析 |
3.4 单程流道结构优化分析 |
3.4.1 单程流道结构优化简介 |
3.4.2 单程流道优化模拟结果分析 |
3.5 多程流道结构优化分析 |
3.6 本章小结 |
4.平板式SOFC的热应力分析 |
4.1 SOFC热应力研究背景及意义 |
4.2 热应力模型建立及计算方法 |
4.2.1 Duhamel-Neumann线性热应力理论 |
4.2.2 基于线性理论的数值模型 |
4.2.3 强度理论与失效判据 |
4.3 热应力模型分析 |
4.3.1 电化学场部分分析 |
4.3.2 热应力分布分析 |
4.4 本章小结 |
5.平板式SOFC的高温蠕变分析 |
5.1 研究背景及意义 |
5.2 蠕变及相关理论介绍 |
5.2.1 蠕变现象简介 |
5.2.2 Norton-Bailey蠕变模型 |
5.3 蠕变模型的建立 |
5.4 SOFC蠕变分析 |
5.5 本章小结 |
6.结论与展望 |
6.1 本文主要结论 |
6.2 后续工作展望 |
参考文献 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
致谢 |
(5)阳极支撑SOFC电解质薄膜及电极材料的制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 固体氧化物燃料电池概述 |
1.2.1 SOFC工作原理 |
1.2.2 SOFC的主要特点 |
1.2.3 SOFC的分类 |
1.3 SOFC的主要结构 |
1.3.1 SOFC阳极 |
1.3.2 SOFC电解质 |
1.3.3 SOFC阴极 |
1.3.4 连接材料 |
1.4 SOFC理论电动势 |
1.4.1 SOFC开路电压、输出电压 |
1.4.2 固体氧化物燃料电池的极化损失 |
1.5 国内外研究现状 |
1.6 研究内容 |
第二章 实验内容及方法 |
2.1 实验材料及仪器设备 |
2.2 技术路线及实验过程 |
2.2.1 实验工艺流程图 |
2.2.2 NiO/YSZ阳极的制备 |
2.2.3 YSZ电解质薄膜的制备 |
2.2.4 SOFC单电池的制备 |
2.3 样品表征 |
2.3.1 微观形貌分析 |
2.3.2 物相分析 |
2.3.3 气孔率测试 |
2.3.4 收缩率测试 |
2.3.5 抗热震性测试 |
2.3.6 弯曲强度测试 |
2.3.7 电导率测试 |
第三章 以石墨为造孔剂的阳极结构与性能 |
3.1 造孔剂含量对阳极性能影响 |
3.1.1 气孔率 |
3.1.2 收缩率 |
3.1.3 质量烧失率 |
3.1.4 抗热震性 |
3.1.5 弯曲强度 |
3.2 NiO还原前后阳极材料的变化 |
3.2.1 物相组成 |
3.2.2 气孔率 |
3.2.3 电导率 |
3.3 梯度阳极材料的结构与性能 |
3.3.1 梯度阳极理论及制备 |
3.3.2 过渡层的影响 |
3.3.3 球磨时间的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 阳极支撑电解质薄膜的制备与性能 |
4.1 浆料旋涂法制备电解质薄膜 |
4.1.1 固相含量对电解质的影响 |
4.1.2 乙基纤维素含量对电解质的影响 |
4.1.3 阳极预烧温度对电解质的影响 |
4.1.4 旋涂时间对电解质的影响 |
4.1.5 旋涂转速对电解质的影响 |
4.1.6 旋涂次数对电解质的影响 |
4.2 Bi_2O_3掺杂对YSZ电解质性能的影响 |
4.2.1 致密性 |
4.2.2 物相组成 |
4.2.3 抗热震性 |
4.2.4 电解质薄膜微观结构 |
4.3 本章小结 |
第五章 溶胶凝胶法制备复合阴极 |
5.1 LSM粉体的结构与形貌 |
5.1.1 煅烧前后LSM物相 |
5.1.2 煅烧前后LSM微观形貌 |
5.2 旋涂法制备复合阴极 |
5.2.1 粘结剂浓度对阴极的影响 |
5.2.2 球磨时间对阴极的影响 |
5.2.3 烧结温度对阴极的影响 |
5.2.4 旋涂层数对阴极的影响 |
5.3 SOFC单电池组装 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论 |
6.1 结论 |
6.2 本文创新点 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(6)静电纺丝法制备SOFC复相阴极材料LSCF-GDC及其电化学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 文献综述 |
1.1 燃料电池简介 |
1.2 燃料电池分类 |
1.3 固体氧化物燃料电池SOFC |
1.4 SOFC的工作原理 |
1.5 固体氧化物燃料电池的结构及分类 |
1.6 SOFC的关键材料 |
1.6.1 电解质材料 |
1.6.2 阳极材料 |
1.6.3 连接体材料 |
1.6.4 封接材料 |
1.6.5 阴极材料 |
1.7 静电纺丝法制备纳米材料 |
1.7.1 纳米材料简介 |
1.7.2 静电纺丝法基本原理 |
1.8 本论文的研究意义及创新点 |
2 实验原料及测试方法 |
2.1 实验原料与仪器设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验仪器与设备 |
2.2 阴极材料的制备方法 |
2.2.1 干压成型法 |
2.2.2 溶胶-凝胶法 |
2.2.3 静电纺丝法 |
2.3 分析测试方法 |
2.3.1 热重-差热分析 |
2.3.2 X射线衍射分析 |
2.3.3 场发射扫描电子显微镜和X射线能谱仪 |
2.3.4 透射电子显微镜 |
2.3.5 单电池性能测试和电化学阻抗谱 |
3 静电纺丝过程工艺因素的研究及表征 |
3.1 样品的制备 |
3.2 结果与讨论 |
3.2.1 PVP含量对纤维形貌的影响 |
3.2.2 电压对纤维形貌的影响 |
3.2.3 固化距离对纤维形貌的影响 |
3.2.4 供料速率对喷丝效果的影响 |
3.3 本章小结 |
4 LSCF-GDC的复相阴极的制备与表征 |
4.1 LSCF纤维阴极的制备与表征 |
4.1.1 LSCF纤维阴极的制备 |
4.1.2 LSCF纤维XRD分析 |
4.1.3 TG-DTG测试 |
4.1.4 纤维形貌表征 |
4.1.5 小结 |
4.2 离子浸渍法LSCF-GDC的制备与表征 |
4.2.1 GDC电解质层的制备 |
4.2.2 阴极对称电池的制备 |
4.2.3 LSCF-GDC复相阴极的制备与分析 |
4.2.4 GDC浸渍LSCF纳米纤维阴极结构分析 |
4.2.5 GDC浸渍LSCF纳米纤维阴极的阻抗谱 |
4.2.6 小结 |
4.3 LSCF-GDC复相纤维的制备与表征 |
4.3.1 GDC纤维制备的实验过程 |
4.3.2 对称电池的制备 |
4.3.3 GDC纤维的XRD分析 |
4.3.4 GDC纤维和对称电池的形貌分析 |
4.3.5 LSCF-GDC复相纤维阴极的电性能测试 |
4.3.6 小结 |
4.4 不同结构的LSCF阴极在单电池上的应用 |
4.4.1 NiO+YSZ阳极的制备 |
4.4.2 YSZ电解质的制备 |
4.4.3 单电池的制备与测试 |
4.4.4 小结 |
结论 |
展望 |
致谢 |
参考文献 |
(7)新型Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ基固体氧化物燃料电池阴极材料的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 本论文研究的目的和意义 |
1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC)概述 |
1.2.1 SOFC 的工作原理 |
1.2.2 SOFC 的结构类型及特点 |
1.3 SOFC 的关键材料及性能要求 |
1.3.1 电解质材料 |
1.3.2 SOFC 阳极材料 |
1.3.3 SOFC 阴极材料 |
1.4 对称电池的电极材料 |
1.4.1 对称 SOFC 电极材料研究进展 |
1.4.2 Sr_2Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)电极材料介绍 |
1.4.3 Sr_2Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)材料的研究进展 |
1.5 SOFC 的亟待解决的问题和发展趋势 |
1.6 本论文的主要研究内容 |
第2章 实验材料与测试方法 |
2.1 实验药品 |
2.2 实验仪器设备 |
2.3 材料的制备 |
2.3.1 Sr_2Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SFM-SDC)材料的制备 |
2.3.2 Sr_2Fe_(1.5-x)Ni_xMo_(0.5)O_(6-δ)(x=0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4) (SFNM) 材料的制备 |
2.3.3 Sr_(2-x)Ba_xFe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)(x= 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1)材料的制备 |
2.3.4 Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)材料的制备 |
2.3.5 单电池的制备 |
2.4 材料性能表征 |
2.4.1 X 射线衍射(XRD)分析 |
2.4.2 微观形貌表征 |
2.4.3 X 射线能量分析光谱(EDX)分析 |
2.4.4 热膨胀系数测试 |
2.4.5 X 射线光电子能谱(XPS)分析 |
2.4.6 电导率测试 |
2.5 电化学表征方法 |
2.5.1 电化学阻抗谱的测量 |
2.5.2 电池放电性能的测试 |
第3章 Sr_2Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)复合阴极的制备及性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 “一步”燃烧法制备 SFM-SDC 复合材料 |
3.3 SFM-SDC 复合材料的特性分析 |
3.3.1 SFM-SDC 粉末样品的晶体结构分析 |
3.3.2 SFM-SDC 样品的微观形貌 |
3.3.3 SFM-SDC 粉末样品能谱分析 |
3.3.4 不同质量配比的 SFM-SDC 复合粉体的热膨胀系数分析 |
3.3.5 不同质量配比的 SFM-SDC 复合材料的电导率分析 |
3.4 SFM-SDC 阴极的电化学性能研究 |
3.4.1 SFM-SDC 复合阴极的交流阻抗谱分析 |
3.4.2 SFM-SDC 复合阴极氧还原反应机理研究 |
3.4.3 基于 SFM-SDC40 阴极的单电池放电测试 |
3.4.4 SFM-SDC40 阴极性能的短期稳定性测试 |
3.4.5 SFM-SDC40 阴极的微观形貌及与 YSZ 电解质的化学兼容性研究 |
3.5 SDC/SFM-SDC 双层阴极在 YSZ 电解质上的电化学性能研究 |
3.5.1 SDC/SFM-SDC 双层阴极的 EIS 分析 |
3.5.2 SDC/SFM-SDC40 阴极的微观形貌分析 |
3.5.3 基于 SDC/SFM-SDC40 阴极的单电池放电测试 |
3.5.4 SDC/SFM-SDC40 阴极的电化学性能的短期稳定性测试 |
3.6 本章小结 |
第4章 Sr_2Fe_(1.5-x)Ni_xMo_(0.5)O_6阴极材料的制备及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 SFNM 粉末样品的制备 |
4.2.1 SFNM 材料成相的温度 |
4.2.2 烧结温度对 SFNM 材料微观形貌的影响 |
4.3 SFNM 样品特性的研究 |
4.3.1 SFNM 样品的晶型结构分析 |
4.3.2 SFNM 粉体的微观形貌 |
4.3.3 SFNM 材料的热稳定性测试 |
4.3.4 SFNM 样品的热膨胀系数(TEC)测试 |
4.3.5 SFNM 样品的 X-射线光电子能谱(XPS)分析 |
4.3.6 SFNM 材料的电导率分析 |
4.3.7 SFNM 材料与电解质材料的化学兼容性研究 |
4.4 SFNM 阴极的电化学性能研究 |
4.4.1 SFNM 阴极的交流阻抗谱(EIS)分析 |
4.4.2 以 SFNM 材料为阴极的单电池的微观形貌 |
4.4.3 基于 SFN_0.1M 阴极单电池放电测试 |
4.4.4 SFN0.1M 阴极材料的电化学性能的短期稳定性测试 |
4.5 本章小结 |
第5章 Sr_(2-x)Ba_xFe_(1.5)Mo_(0.5)O_6阴极材料的性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 Sr_(2-x)Ba_xFe_(1.5)Mo_(0.5)O_6 δ(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1)粉体的性能研究 |
5.2.1 SBFM 材料的晶体结构分析 |
5.2.2 SBFM 材料粉体的微观形貌 |
5.2.3 SBFM 材料的热膨胀系数的研究 |
5.2.4 SBFM 材料的热稳定性研究 |
5.2.5 SBFM 材料的 XPS 分析 |
5.2.6 SBFM 材料的电导率 |
5.2.7 SBFM 材料与电解质材料的化学兼容性研究 |
5.3 SBFM 阴极的制备及电化学性能研究 |
5.3.1 SBFM 阴极的交流阻抗测试及分析 |
5.3.2 以 SBFM 为阴极的但电池的微观形貌分析 |
5.3.3 以 SB_(0.2)FM 为阴极的单电池放电测试 |
5.3.4 SB_(0.2)FM 阴极的电化学性能的短期稳定性测试 |
5.4 本章小结 |
第6章 元素掺杂对 SFM 材料性能影响的机理研究 |
6.1 引言 |
6.2 B 位 Ni 掺杂对 SFNM 阴极性能影响的机理研究 |
6.2.1 B 位 Ni 掺杂对 SFNM 材料晶胞参数的影响 |
6.2.2 B 位 Ni 掺杂后对 SFM 材料的元素价态变化对材料性能的影响 |
6.3 A 位 Ba 掺杂对 SFM 阴极性能影响的机理研究 |
6.3.1 A 位 Ba 掺杂后对 SBFM 材料晶胞参数的影响研究 |
6.3.2 A 位 Ba 掺杂后 SBFM 材料中元素价态变化对性能影响的研究 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
致谢 |
(8)氧在La/SrMnO3(001)吸附、解离和扩散的第一性原理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的研究背景及意义 |
1.2 固体氧化物燃料电池概述 |
1.2.1 固体氧化物燃料的组元和电池系统及工作原理 |
1.2.1.1 固体氧化物燃料电池的组元 |
1.2.1.2 固体氧化物燃料电池系统 |
1.2.1.3 固体氧化物燃料电池的工作原理 |
1.2.2 固体氧化物燃料电池的分类及应用前景 |
1.2.2.1 固体氧化物燃料电池的分类 |
1.2.2.2 固体氧化物燃料电池的应用前景 |
1.3 固体氧化物燃料电池的研究现状及存在的问题 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内的研究现状 |
1.3.3 存在的问题 |
1.4 阴极材料的制备方法 |
1.4.1 等离子喷涂 |
1.4.2 溅射镀膜 |
1.4.3 化学气相沉积(CVD) |
1.4.4 电化学气相沉积(EVD) |
1.4.5 溶胶-凝胶法 |
1.4.6 喷雾热解法 |
1.4.7 电泳沉积法(EPD) |
1.4.8 流延法(Tape Casting) |
1.4.9 注浆成形法(slip casting) |
1.4.10 离心浇铸法 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 基本原理和方法 |
2.1 密度泛函理论 |
2.1.1 Hohenberg-Kohn 模型 |
2.1.2 Kohn-Sham 方程 |
2.1.3 电子交换关联能的近似计算 |
2.1.3.1 局域密度近似 |
2.1.3.2 广义剃度近似 |
2.2 本文运用的第一性原理软件及方法简介 |
2.2.1 VASP 程序包 |
2.2.2 NEB 算法 |
2.2.3 Materials Studio CASTEP 软件 |
2.3 小结 |
第3章 Sr 掺杂 LaMnO_3的电学性质 |
3.1 LaMnO_3/SrMnO_3超晶格的结构 |
3.2 掺杂两个 Sr 超晶格中各原子对总态密度的影响 |
3.3 La_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3阴极材料导电机理推理 |
3.3.1 La_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3材料结构特点 |
3.3.2 La_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3中小极化子的成因 |
3.3.3 La_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3阴极材料的小极化导电理论 |
3.3.4 La_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3阴极材料的导电机理验证 |
3.4 不同掺杂浓度的超晶格其总态密度的变化 |
3.5 在 vasp 下计算掺杂两个 Sr 的超晶格的能带计算 |
3.6 小结 |
第4章 La/SrMnO_3(001)吸附 O 前后表面结构变化吸附特性及扩散势垒计算 |
4.1 计算框架、模型和方法 |
4.2 表面吸附 |
4.3 计算结果和讨论 |
4.3.1 La/SrMnO_3(001)表面弛豫结构变化 |
4.3.2 O 在三种表面的吸附特性及扩散势垒计算 |
4.4 小结 |
第5章 O_2在 MnO_2、LaO 和 SrO 面的解离 |
5.1 计算模型 |
5.2 O_2在 La/SrMnO_3(001)表面解离的机理 |
5.3 O_2在 MnO_2表面的解离 |
5.4 O_2在 LaO 表面的解离 |
5.5 O_2在 SrO 表面的解离 |
5.6 小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
(9)复合阳极支撑抗硫中温固体氧化物燃料电池的制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 燃料电池技术 |
1.2.1 燃料电池的原理与特点 |
1.2.2 燃料电池的分类 |
1.3 固体氧化物燃料电池概述 |
1.3.1 SOFC 的工作原理 |
1.3.2 SOFC 堆的结构 |
1.3.3 SOFC 的应用前景 |
1.3.4 SOFC 的发展历史与研究现状 |
1.4 研究的背景及意义 |
1.5 本文主要研究内容 |
第二章 SOFC 的材料研究与粉体制备 |
2.1 SOFC 材料的特点 |
2.1.1 电解质材料 |
2.1.2 阳极材料 |
2.1.3 阴极材料 |
2.2 粉末制备与分析 |
2.2.1 电解质10Sc1CeSZ 粉体制备 |
2.2.2 阴极阻挡层CGO 的制备与分析 |
2.2.3 阴极材料LSC 的制备与分析 |
2.3 本章小结 |
第三章 SOFC 单电池的制备 |
3.1 常见薄膜制备工艺 |
3.2 流延法制备YSZ 多孔支撑体 |
3.2.1 流延法概述 |
3.2.2 实验过程 |
3.3 丝网印刷法制备致密电解质层 |
3.3.1 丝网印刷过渡层 |
3.3.2 丝网印刷10Sc1CeSZ 电解质层 |
3.4 YSZ/10Sc1CeSZ 共烧结 |
3.5 制备阴极阻挡层 |
3.5.1 丝网印刷阴极阻挡层CGO |
3.5.2 CGO 烧结 |
3.6 制备阴极LSC |
3.6.1 丝网印刷阴极LSC |
3.6.2 阴极烧结 |
3.7 结果分析与讨论 |
3.7.1 流延工艺对薄膜质量的影响与缺陷分析 |
3.7.2 丝网印刷工艺对薄膜质量的影响及常见缺陷分析 |
3.7.3 烧结工艺对薄膜质量的影响与缺陷分析 |
3.8 本章小结 |
第四章 浸渍法制备VO_x-Cu-YSZ 和VO_x-LaCrO_3-YSZ 复合阳极 |
4.1 前言 |
4.2 浸渍法制备VO_x-Cu/VO_x-LaCrO_3 |
4.3 结果分析与讨论 |
4.3.1 浸渍过程中需注意的工艺要素 |
4.3.2 浸渍所得V_2O_5-Cu-YSZ 多孔阳极显微结构分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 单电池性能测试 |
5.1 单电池测试台的组装 |
5.1.1 单电池制备流程总述 |
5.1.2 测试平台组装 |
5.2 单电池性能测试 |
5.3 结果分析与讨论 |
5.3.1 电池I-V 性能分析 |
5.3.2 单电池阻抗谱分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 多孔LST 支撑多层薄膜制备与性能探索 |
6.1 引言 |
6.2 LST 粉末制备 |
6.2.1 固相合成法制备LST 粉末 |
6.2.2 喷雾干燥法制备LST 粉末 |
6.3 LST/LST-YSZ/10Sc1CeSZ 多层薄膜制备 |
6.3.1 流延法制备LST 素坯 |
6.3.2 丝网印刷LST/YSZ 功能层 |
6.3.3 丝网印刷10Sc1CeSZ 电解质层 |
6.3.4 LST/LST-YSZ/10Sc1CeSZ 薄膜共烧结 |
6.4 结果讨论与分析 |
6.4.1 LST 粉末制备方法的比较 |
6.4.2 LST/LST-YSZ/10Sc1CeSZ 多层薄膜显微结构分析 |
6.5 本章小结 |
第七章 结果与展望 |
7.1 结论 |
7.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
学术论文和科研成果目录 |
(10)微纳米结构SOFC复合阴极的构筑及其表征(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC)概述 |
1.2.1 SOFC 的工作原理 |
1.2.2 SOFC 的结构类型及其特点 |
1.2.3 SOFC 中温化需解决的关键问题 |
1.3 SOFC 阴极材料的研究现状 |
1.3.1 La(Sr)MnO_3 材料 |
1.3.2 La(Sr)CoO_3 材料 |
1.3.3 La(Sr)FeO_3 材料 |
1.3.4 La(Sr)C01-xFexO_3-δ材料 |
1.3.5 其他钙钛矿材料 |
1.3.6 A_2BO_4 型氧化物 |
1.3.7 AA’B_2O_5 型氧化物 |
1.4 SOFC 阴极微观结构的研究现状 |
1.4.1 阴极微观结构的要求及基本现状 |
1.4.2 浸渍法制备纳米阴极 |
1.4.3 三维有序结构纳米阴极的制备 |
1.4.4 蜂窝型多孔薄膜的制备 |
1.4.5 模板法制备一维纳米结构阴极 |
1.5 本论文的主要研究内容 |
第2章 实验材料与实验方法 |
2.1 实验材料及仪器设备 |
2.2 胶体晶体模板法制备三维有序纳米复合阴极 |
2.2.1 PS 胶体晶体模板法制备3-DOM 纳米复合阴极 |
2.2.2 SiO_2 胶体晶体模板法制备三维有序纳米复合阴极 |
2.3 一维LSM/YSZ 复合阴极的制备 |
2.3.1 LSM/YSZ 复合纳米管的制备 |
2.3.2 快速烧结法制备一维纳米复合阴极 |
2.4 水滴模板法制备蜂窝型多孔复合阴极 |
2.4.1 水滴模板法制备高聚物微孔膜的原理 |
2.4.2 水滴模板法制备蜂窝型多孔阴极 |
2.5 物化性能的表征 |
2.5.1 粒径分布表征 |
2.5.2 X 射线衍射分析 |
2.5.3 微观形貌表征 |
2.5.4 BET 比表面分析 |
2.5.5 热重-差热分析 |
2.6 电化学性能表征 |
2.6.1 放电性能表征 |
2.6.2 电化学阻抗谱表征 |
第3章 PS 胶体晶体模板法制备3-DOM 纳米复合阴极 |
3.1 3-DOM 纳米复合阴极的制备及微观形貌表征 |
3.1.1 单分散PS 微球的合成 |
3.1.2 PS 胶体晶体模板的组装 |
3.1.3 3-DOM 结构YSZ 薄膜的制备 |
3.1.4 3-DOM 结构LSM/YSZ 复合阴极的制备 |
3.2 3-DOM 结构LSM/YSZ 复合阴极的EIS 表征 |
3.2.1 快速烧结时间对复合阴极电化学性能的影响 |
3.2.2 快速烧结温度对复合阴极电化学性能的影响 |
3.3 本章小结 |
第4章 SiO_2胶体晶体模板法制备三维有序复合阴极 |
4.1 引言 |
4.2 三维有序LSM/YSZ 复合阴极的制备及微观形貌表征 |
4.2.1 单分散SiO_2 微球的合成 |
4.2.2 SiO_2 胶体晶体模板的制备 |
4.2.3 SiO_2 胶体晶体模板的高温煅烧 |
4.2.4 SiO_2 胶体晶体模板的刻蚀 |
4.2.5 SiO_2 胶体晶体模板的溶胶填充 |
4.2.6 SiO_2 胶体晶体模板的去除 |
4.3 三维有序LSM/YSZ 复合阴极氧还原动力学研究 |
4.4 本章小结 |
第5章 一维纳米管及纳米棒状LSM/YSZ 复合阴极 |
5.1 LSM/YSZ 复合纳米管的表征 |
5.1.1 LSM/YSZ 复合纳米管的XRD 表征 |
5.1.2 LSM/YSZ 复合纳米管的微观形貌表征 |
5.2 纳米管及纳米棒状LSM/YSZ 复合阴极的表征 |
5.3 一维LSM/YSZ 纳米复合阴极的电化学性能表征 |
5.3.1 不同升降温速率制备复合阴极的EIS 表征 |
5.3.2 不同直径纳米管复合阴极的EIS 表征 |
5.3.3 不同直径纳米管复合阴极的放电性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 水滴模板法制备蜂窝型多孔复合阴极 |
6.1 实验条件的确定 |
6.1.1 高聚物的选取 |
6.1.2 有机溶剂的选取 |
6.1.3 复合阴极粉体的选取 |
6.1.4 设备及制备流程的确定 |
6.2 制备工艺对蜂窝型多孔阴极微观形貌的影响 |
6.2.1 环境温度对阴极微观形貌的影响 |
6.2.2 相对湿度对阴极微观形貌的影响 |
6.2.3 浆料厚度对阴极微观形貌的影响 |
6.2.4 共聚物浓度对阴极微观形貌的影响 |
6.2.5 粉体浓度对阴极微观形貌的影响 |
6.3 蜂窝型LSM/YSZ 多孔复合阴极的EIS 表征 |
6.3.1 不同环境温度制备的蜂窝型多孔阴极的EIS 表征 |
6.3.2 不同相对湿度制备的蜂窝型多孔阴极的EIS 表征 |
6.3.3 蜂窝型多孔阴极氧还原反应机理研究 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
四、高温固体薄膜电解质燃料电池基体——ZrO_2多孔管工艺研究(论文参考文献)
- [1]固体氧化物电池的纳米电极制备与性能研究[D]. 王玥. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2021
- [2]真空冷喷涂技术及其在功能器件中的应用[J]. 马凯,李成新. 中国表面工程, 2020(04)
- [3]液晶聚合物/蒙脱土杂化材料/PEO基固体电解质的研究[D]. 李芳芳. 沈阳工业大学, 2020(01)
- [4]固体氧化物燃料电池的多场耦合及热应力分析[D]. 褚展鹏. 郑州大学, 2020(02)
- [5]阳极支撑SOFC电解质薄膜及电极材料的制备与性能研究[D]. 李飞. 山东大学, 2017(09)
- [6]静电纺丝法制备SOFC复相阴极材料LSCF-GDC及其电化学性能研究[D]. 王岸杰. 景德镇陶瓷学院, 2015(08)
- [7]新型Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ基固体氧化物燃料电池阴极材料的研究[D]. 代宁宁. 北京理工大学, 2014(04)
- [8]氧在La/SrMnO3(001)吸附、解离和扩散的第一性原理研究[D]. 国星. 兰州理工大学, 2012(10)
- [9]复合阳极支撑抗硫中温固体氧化物燃料电池的制备与性能研究[D]. 罗坤. 上海交通大学, 2012(07)
- [10]微纳米结构SOFC复合阴极的构筑及其表征[D]. 李娟. 哈尔滨工业大学, 2011(04)