一、固体氧化物燃料电池的中低温化研究（论文文献综述）
魏育航[1]（2021）在《中低温固体氧化物燃料电池阳极功能层及电解质薄膜制备》文中认为固体氧化物燃料电池（SOFCs）在能源领域中具有广阔的发展前景。SOFCs作为发电装置,其采用全固态结构,可以将各种清洁能源直接转化为电能。由于SOFCs在实际工作过程中需要高的工作温度,一般在1000℃以上,要求固体氧化物燃料电池需要具备较高的热力学稳定性和化学稳定性,所以SOFCs的制造成本居高不下,不利于进一步的商业化发展。目前,固体氧化物燃料电池正朝着中低温化方向发展。La10Si5.8Mg0.2O26.8作为新型电解质材料,在较低的温度下具有高的离子电导率,所以本论文采用La10Si5.8Mg0.2O26.8作为电解质材料,通过磁控溅射制备薄而致密的固体电解质。固体氧化物燃料电池的阳极为多孔阳极,其孔隙率为30%-40%,气孔尺寸大于1μm。然而,在微米级的多孔阳极基体上不能制备出几微米厚度的致密电解质薄膜。因为当薄膜厚度小于或等于基体孔径尺寸时,薄膜无法完全覆盖基体表面的孔洞而形成致密薄膜。为了制备几微米厚度的致密电解质薄膜,必须在微米多孔阳极基体和电解质薄膜之间添加一个功能层,即阳极功能层,并要求这个功能层的大孔孔径在亚微米范围且表面平整。本论文采用溶胶-凝胶法以硝酸镧、硝酸镁、正硅酸乙酯、柠檬酸、乙二醇等为原料制备La10Si5.8Mg0.2O26.8粉体,通过旋转蒸发法制备功能层浆料,然后在阳极基片表面,通过丝网印刷制备阳极功能层。本论文为了探究功能层中有机物对阳极功能层的影响,分析了松油醇和乙基纤维素随温度的变化规律,并以此为根据,优化了阳极功能层的热处理工艺。研究了不同的浆料制备工艺、乙基纤维素含量、旋转蒸发时间对阳极功能层的影响。采用SEM对还原前后的阳极功能层表面形貌、截面形貌及厚度进行表征,采用XRD对还原前后的物相进行分析,采用图像法对阳极功能层的孔隙率进行了测量,采用万用表测量了阳极功能层的电阻。实验结果表明,乙基纤维素含量为12.5%时,采用超声分散制备功能层浆料的悬浊液,然后通过旋转蒸发仪旋转蒸发30min制备功能层浆料,通过丝网印刷法将浆料刷制在阳极基片上,完成阳极功能层的制备,最后通过阶梯式等温处理后,获得表面平整、无裂纹且最大孔径小于1μm、厚度为13.5μm阳极功能层,功能层还原前后的孔隙率分别为13.31%、19.8%,测得的电阻值为2.4Ω。为了制备致密的电解质薄膜,本论文采用磁控溅射法,以阳极功能层为基底,连续溅射24h,制备电解质薄膜。通过SEM、XRD对电解质薄膜的形貌和物相进行了表征。实验结果表明,溅射后的电解质薄膜在退火后,电解质薄膜表面平整且基本致密,但是存在0.23μm左右的小孔,电解质薄膜中只包含磷灰石相不含其他杂相。
万艳红[2]（2021）在《固体氧化物燃料电池钙钛矿氧化物电极材料的设计与性能研究》文中研究表明固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种能够将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的全固态能量转换装置,具有转换效率高、清洁无污染的优点。传统的SOFC的工作温度较高,一般在800～1000℃,高温操作带来了诸多问题,同时也对电池材料提出了苛刻的要求。因此,降低SOFC的工作温度是促进其商业化进程的重要手段。然而,降低温度会导致整个电池电化学性能的急剧下降,这主要是由于温度降低造成空气极材料催化活性下降。因此,需要开发和设计具有高氧还原催化活性的空气极材料。另一方面,碳氢燃料具有能量密度高、来源广的优点,是SOFC商业化发展的理想燃料,但是传统的Ni基燃料极在使用碳氢燃料时存在严重的积碳问题,限制了其在SOFC中的应用。钙钛矿氧化物燃料极由于具有优异的抗积碳和硫中毒性能而备受关注,但是相比于Ni基燃料极,这些钙钛矿氧化物的电导率和催化性能有待提高。因此,针对SOFC中、低温化和燃料多样化对电极材料的迫切要求,本论文开发和设计了高性能的钙钛矿电极材料,以获得高效、稳定的SOFC。本论文的工作主要分为两部分,第一部分基于SOFC中、低温化导致空气极催化活性降低的问题,以PrBaCo205+δ（PBC）钙钛矿氧化物为对象,通过研究复相电极三相界面的氧还原动力学和氟阴离子掺杂来提升空气极材料的氧还原催化性能;第二部分针对传统Ni基燃料极积碳问题,以钙钛矿氧化物燃料极为基体,通过铋的A位掺杂和Ni纳米颗粒原位脱溶的方法来改善其燃料氧化催化活性。第一章为绪论,简要介绍了 SOFC的工作原理以及影响电池性能的主要因素,总结了典型的SOFC电解质、燃料极和空气极的材料与性能,同时简述了 SOFC未来发展趋势以及对电极材料的要求,最后提出本论文的立题依据和研究内容。第二章主要研究了Sm0.2Ce0.801.9（SDC）的加入对PBC性能的影响。PBC具有较高表面交换系数kchem和体扩散系数Dchem,但是其热膨胀系数较高,与电解质的热匹配性差。SDC的添加一方面可以增强PBC与电解质的热匹配性,另一方面也增加了三相线长度,因而增强了氧还原催化活性。本章采用电导弛豫法表征不同比例PBC-SDC复相样品的氧还原动力学,研究发现,对于PBC-SDC复相而言,氧还原反应既可以发生在PBC-气相两相界面（2PB）,也可以发生在PBC-SDC-气相三相界面（3PB）,但相比于2PB,氧还原反应更容易发生3PB处。当复相样品中SDC的含量为60 wt.%时,600℃下,kchem和Dchem的提升因子分别为3.06和3.37,同时,3PB处反应的贡献率高达80%以上。此外,对称电池在700℃的极化阻抗由单相PBC的0.281Ωcm2降低至PBC-60 wt.%SDC的0.107Ωcm2。第三章针对PBC热膨胀系数较高的问题,提出了另一种方法降低PBC热膨胀系数的方法,即氟阴离子掺杂。采用燃烧法制备PrBaCo205+δFx（x=0,0.1,0.2）样品,研究氟掺杂对PBC热膨胀行为、电导率、氧传输性能和电化学性能等的影响。研究发现氟掺杂使PBC的热膨胀系数从24.03×10-6K-1降低至16.78×10-6K-1,对称电池在200～800℃之间的热循环稳定性提高了约3.0倍。此外,氟掺杂也明显提升了 PBC的氧传输性能和电化学性能。第四章针对La0.75Sr0.25Cr0.5Fe0.5O3-δ（LSCrF）燃料极材料电导率低、催化性能差的问题,研究了铋的A位掺杂对LSCrF氧化物燃料极性能的增强效应。首先,铋在LSCrF中可以保持一种介于零价和正三价的中间价态,这种中间价态一方面提升了 B位元素Cr、Fe的价态,因而增加了材料的电子电导率;另一方面也增加了材料在空气、湿润氢气以及CO2/CO混合气氛下的氧空位浓度。其次,铋掺杂明显提升了 LSCrF的燃料氧化、氧还原和CO2还原催化性能。例如,10%铋掺杂的LSCrF使对称电池在800℃氢气下的极化阻抗降低了 60%,以铋掺杂LSCrF作为燃料极的单电池在氢气燃料中的最大功率密度提升了约40%;对称电池在800℃空气下的极化阻抗降低约74%,以铋掺杂LSCrF作为电极的对称结构单电池在乙醇燃料中的最大功率密度提升超过80%;对称电池在CO2/CO混合气氛下的极化阻抗降低了约83%,以铋掺杂LSCrF作为对称电极的电解电池在800℃下电解CO2的电流密度从0.54 Acm-2提升至0.79 Acm-2（1.5 V）。此外,以铋掺杂LSCrF作为燃料极的电池在使用氢气和碳氢燃料以及电解CO2时都展现出较好的稳定性。第五章设计了 Ni纳米颗粒原位脱溶的SrV0.5Mo0.5O3-δ（SVM）钙钛矿氧化物燃料极材料。SVM在800℃还原气氛下的电导率约为1000 Scm-1,但其催化活性非常差,采用原位脱溶的方法可以在高电导率的SVM表面引入具有高催化活性的Ni金属纳米颗粒。Ni脱溶极大提升了电池的性能,单电池在800℃氢气燃料中的最大功率密度提升了 160%,同时极化阻抗也由0.81 Ωcm2降低56%至0.36Ω cm2。此外,单电池在碳氢燃料和含硫燃料中也表现出较好的性能,单电池在800℃使用合成气、乙醇和H2-50 ppm H2S燃料的最大功率密度分别高达0.36、0.22 和 0.43 W cm-2。
陈国诞[3]（2020）在《固体氧化物燃料电池Pr0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Mo0.1O3-δ析出型阳极材料的制备改性和性能研究》文中研究表明能源危机和环境污染的双重压力下,固体氧化物燃料电池（SOFCs）可高效地将燃料（氢气、碳氢燃料、合成气等）中的化学能直接转变成电能,并具有环保、采用非贵金属催化剂、体系全固态和燃料使用灵活等优点,受到越来越多的关注。SOFC阳极作为一个重要的催化反应场所,阳极催化剂显得尤为重要,目前商业主要以Ni基阳极为主。然而,SOFC长期运行稳定性受到Ni-基金属陶瓷阳极一些问题的制约:如其氧化还原不稳定性、镍颗粒在高温下聚集失活、以及在使用含碳燃料时容易积碳和硫中毒等。而氧化还原性稳定的钙钛矿型氧化物经原位还原析出金属（合金）纳米颗粒负载在氧化物基底上形成复合阳极材料,既可提高阳极在还原气氛下的电导率,又能改善其阳极电催化性能,此外金属纳米颗粒与氧化物基底之间较强的相互作用,有效抑制金属颗粒的粗化和聚集,并可通过再氧化还原得到再生,因此是一类非常具有前景的SOFC阳极材料,具有重要的研究意义。本课题首先设计并制备Pr0.4Sr0.6CoxFe0.9-xMo0.1O3-δ钙钛矿前驱体材料,通过调控不同掺杂比例,优化后得到Co掺杂比例为x=0.2的母相钙钛矿Pr0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Mo0.1O3-δ(PSC0.2FM)性能最佳。经高温900℃还原发生相转变,生成由原位析出的Co-Fe合金纳米颗粒和Ruddlesden-Popper相类钙钛矿氧化物组成的复合阳极R-PSC0.2FM。R-PSC0.2FM复合阳极在氢气中有不错的燃料电催化性能,基于该阳极的单电池构型为R-PSC0.2FM-BZCY/BZCY/LSCF-SDC在H2（3vol%H2O）作为燃料在750℃时最高输出功率达到172.6 m W?cm-2。直接使用碳氢燃料是SOFC一个很重要的发展方向。在使用碳氢燃料时,SOFCs常会有积碳问题,我们通过对多孔阳极浸渍CeO2,在提高电池功率的同时,改善其抗积碳性能。CeO2-R-PSC0.2FM复合阳极组装的单电池在750℃以H2（3vol%H2O）为燃料最大放电功率为253.2 m W?cm-2,以干乙烷为燃料最大放电功率密度可达182.9 m W?cm-2。并且在乙烷燃料气的恒压稳定性测试（10 h）里,浸渍CeO2的单电池因为纳米合金颗粒的缓慢析出,放电电流不断增大,表现出良好的稳定性。在稳定性测试结束后电池微结构中没有浸渍CeO2的阳极多孔结构中出现了积碳的碳管,浸渍CeO2的阳极没有观察到积碳,说明浸渍CeO2对于抗积碳有着显着的效果。当使用乙烷为燃料时,对单电池在最大放电功率运行的情况下,,SOFC阳极尾气产生高附加值的化学品乙烯产物,实现了在发电的同时共生乙烯的效果。构型为CeO2-R-PSC0.2FM-BZCY/BZCY/LSCF-SDC的单电池在750℃的工作温度下,乙烷转化率为36%,乙烯的选择性为94.6%以及产率为34.1%。
张帆[4]（2020）在《固体氧化物燃料电池钴基与无钴基层状钙钛矿阴极材料的制备及性能研究》文中指出针对目前日益严峻的能源短缺与环境污染问题,固体氧化物燃料电池（SOFC）因具有绿色、高效等特点而蕴含着巨大的应用前景。但是常规的SOFC运行温度较高（800℃-1000℃）,不利于其进一步商业化,所以降低其运行温度（中低温化）成为SOFC未来发展的重要方向。同时在工作温度逐渐下降的过程中,阴极材料的极化电阻会伴随增加,造成SOFC的电性能严重下降。因此,开发一种在中低温下（400℃-800℃）具有高电子传导和迁移、高电催化活性和相匹配于常用电解质的热膨胀系数的阴极材料是非常重要的。为了寻找适合于中低温SOFC使用的阴极材料,本文采用EDTA-柠檬酸联合络合法制备出SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2O5+δ（SBSCC）作为阴极材料的骨架,并在Co位等比例（1:1）掺杂Fe、Mn、Ni、Cu等四种元素制成SmBa0.5Sr0.25Ca0.25CoMeO5+δ（Me=Fe,Mn,Ni,Cu;SBSCCMe）阴极材料,借助X射线衍射分析（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、热膨胀系数（TEC）、直流四电极法等手段对材料的物相组成、热膨胀行为、电化学性能和阴极粉体的微观形貌等进行测试,探究掺杂过渡金属元素所带来的影响。经XRD分析可知:合成的SBSCCMe（Me=Fe,Mn,Ni,Cu）阴极粉体在1000℃下煅烧6h后,除Ni掺杂的材料出现杂质相外,其余均为单一的物相。扫描电镜（SEM）的微观结构说明Cu掺杂具有最优的形貌,掺杂Mn元素的材料团聚现象较明显,Ni的烧结性较高。电导率的测试得知:在大气环境下,400-800℃温度范围内,除Fe元素的电导率一直在增加,其他样品的电导率都在减小,其中只有Cu的样品满足不低于100 S.cm-1的要求,最大值为180.891S.cm-1,其余元素的掺杂效果较差。掺杂Fe元素增大了材料的热膨胀系数,而Mn、Ni、Cu的掺杂在热膨胀系数方面表现出降低的趋势。从前面已探讨过性能最优的Cu元素掺杂出发来确定掺杂范围,将掺杂区域固定在0-1内,通过使用溶胶-凝胶法制得不同Cu元素掺杂比例的SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-xCuxO5+δ（x=0.2,0.4,0.6,0.8,1;SBSCCC）系列固体氧化物燃料电池阴极材料,并分别采用X射线衍射分析（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、热膨胀分析仪、电化学工作站等仪器进行对应相关性能的测试。研究结果表明:溶胶-凝胶法制成的SBSCCC系列阴极材料均呈现出有序的立方结构;当掺杂比例为1时,阴极材料的微观形貌较好,x=0.2和0.6时的材料出现一定的烧结,x=0.4和0.8时的材料出现部分团聚现象。在温度从400℃逐渐升高到800℃的过程中,x=0.4的材料电导率先增大后减小,导电机理由小极化子导电转变为类金属导电,而x=0.2的材料电导率逐渐增加,符合小极化子导电机制,x=0.6、0.8和1.0的样品电导率一直在减小,这与类金属的导电机理相一致,Cu元素掺入量的增加使得SBSCCC系列阴极材料的热膨胀系数一直在减小。对Co位采取完全为过渡金属元素的替代,制得无Co基阴极材料,并采用与上述相同的表征手段进行测试。结果表明,此类型的阴极材料均形成纯相,并且过渡金属的加入降低了材料的电导率与热膨胀系数。综合来看,性能最佳的无Co阴极材料当属于SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Cu2O5+δ。
邹鸿东[5]（2020）在《流延法制备大尺寸固体氧化物燃料电池电解质工艺研究》文中进行了进一步梳理由于当前社会的快速发展与进步,加快了能源的消耗,并且给环境带来了巨大的破坏,使得人们对清洁且高效的能源越来越关注。固体氧化物燃料电池因其高效且无污染等优点成为了人们的焦点。目前中低温化是固体氧化物燃料电池（SOFC）的主要发展方向,其主要问题是电解质的电导率和中低温电极材料的开发,以降低电池的电阻。提高电解质电导率的方法有两种:一是开发在中低温下电导率高的电解质材料,如钙钛矿类、钪稳定氧化锆（ScSZ）等;二是降低电解质的厚度,通常采用流延法和沉积法等制备。本文主要围绕电解质流延浆料中各有机物含量对浆料与流延产生的影响进行分析,并得到浆料各有机物的最佳含量,从而确定浆料的配方。利用配方制备电解质和电解质阳极的复合生坯,确定烧结方式与烧结制度,制备单电池测试其电性能及物理表征。具体得到以下结论:采用固相法制备了8YSZ（8mol%Y2O3稳定ZrO2）电解质粉体,800℃烧结后形成单一的立方相结构,与未烧结的粉体进行粒径对比,发现烧结后的粉体粒径分布明显变宽且平均粒径增大。随后对流延浆料中各有机物含量对浆料和流延产生的影响进行了实验,发现随溶剂含量的增加,浆料粘度逐渐减小,生坯产生大量裂纹;浆料粘度和沉降体积均随分散剂含量的增加出现先减小后增大的趋势;粘结剂与增塑剂共同作用的条件下,浆料的情况与分散剂对其影响一致。根据得到的数据确定了浆料中有机物的含量,以此进行流延制备电解质生坯,对生坯进行热重-差热分析,确定了有机物在450℃前已经完全分解,故确定生坯的排胶温度,对比不同的烧结温度（1300℃、1350℃、1400℃）,观察其微观形貌发现最佳的烧结温度为1350℃,烧结时间为5h。并采用不同的烧结方式制备大尺寸的电解质片,通过对比发现,压烧和棚烧的电解质均会产生裂纹,而不压烧的情况下电解质没有裂纹产生,成功制备了约5cm×5cm电解质片。通过扫描电子显微镜对其进行断面微观形貌的观察发现,晶粒大小基本一致,且无通孔,致密度较好。采用流延法制备8YSZ电解质生坯,1350℃烧结5h后测试其电导率,在800℃时其电导率为0.033S/cm。采用复合流延法制备了阳极/电解质复合生坯,1350℃共烧结5h制备出半电池,通过微观形貌观察,电解质与阳极的接触较好,没有孔洞等缺陷,且阳极孔隙分布较均匀,电解质较为致密。之后采用丝网印刷法在半电池电解质侧先涂覆GDC和LSCF,在1300℃下烧结2h,然后在GDC上涂覆LSCF,在1100℃下烧结2h,制备出单电池NiO-8YSZ/8YSZ/GDC/LSCF,对其进行放电测800℃时其开路电压为1.07V,接近理论值1.1V,在氢气气氛下最高功率密度为331mW/cm2,其交流阻抗谱显示,欧姆电阻在13Ω,且随温度的升高而降低。
李翊宁[6]（2020）在《探究Cu引入对SOFCs阳极（Ni-YSZ）机械及电化学性能影响》文中提出固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种直接将燃料的化学能转换为电能的高效电化学装置,目前需要解决的几个主要问题为:（1）降低固体氧化物燃料电池的制备与工作温度;（2）解决电池以碳基燃料为反应气运行时阳极积碳问题;（3）开发性能更加优异的新型电极材料以满足电池更加苛刻的运行条件。在本论文中,针对上述问题,我们将分别对SOFC的低温化烧结技术和相应产生的阳极抗积碳能力以及开发一种新型的阳极材料进行了系统的研究。第一部分,在本部分工作中,首先,我们证明了适量的CuO作为烧结助剂可以成功地将常规微米级NiO-YSZ(钇稳定的氧化锆（Y2O3）0.08（ZrO2）0.92)阳极的共烧温度从大约1400℃降低至仅1100℃。其次,综合评估了含CuO的复合阳极材料的机械强度（低温烧结能力）与YSZ电解质致密化之间的定量构效关系。在1100℃烧结的8%CuO-和10%CuO-52NiO-40YSZ阳极与在1400℃烧结的NiO-YSZ阳极长条样品具有相当的机械强度。其次,以甲烷气为燃料气,对电池的抗积碳能力进行长期稳定性测试。我们发现,添加适量CuO制备的电池在800℃分别以氢气和甲烷气为燃料气的最大输出功率密度达到了524 mW cm-2和345 mW cm-2。通过综合评估,8%CuO-52NiO-40YSZ（8%CuO-NiO-YSZ）复合材料用作阳极支撑体时具有优异的低温烧结能力、高机械强度、最佳的功率输出和具有优异的抗积碳性能。第二部分,开发了一种具有H+/O2-/e-共传导机制的高效中温SOFCs催化剂,本工作通过对La2Ce2O7进行改性,在提升其固有质子导电性能的基础上,通过引入高效的电子、氧离子导电,构筑H+/O2-/e-三载流子共传输机制,用作SOFCs阳极催化层,达到提升对燃料催化能力的目的。首先证明了La2CePrO7的晶体结构类型以及内部离子价态。其次,对于La2CePrO7材料H+/O2-/e-电导率进行评估。在空气和H2气氛下,以直流四端法测试La2CePrO7在不同温度下的总电导率。假定La2CePrO7为纯离子导体,理论计算N2/Ag|La2CePrO7|Ag/空气电池的开路电压随温度的变化关系;组装上述模型电池,测试在不同温度下其实际开路电压,并与理论计算值相比较,得到电子与离子迁移率的比例。加之四端法测量的总电导率,从而计算得出La2CePrO7在不同温度下的电子电导率。再对氧离子/质子(O2-/H+)透过率进行评估,基于气体分离技术,制备La2CePrO7致密陶瓷片,分别在O2、H2下测试透氧量及透氢量,论证其O2-、H+透过率,辅证O2-、H+传输;基于电化学阻抗谱技术,对La2CePrO7陶瓷片组装对称半电池,测试在不同的水分压下的电阻变化量,论证水蒸气对材料H+电导率的影响。最终,对材料的催化性能进行评估,并将材料成功应用在了固体氧化物燃料电池中,以氢气为燃料气在800℃时其最大功率密度达到了686 mW cm-2。
李露[7]（2020）在《中低温固体氧化物燃料电池新型钙钛矿阴极材料的开发及性能研究》文中研究指明固体氧化物燃料电池（SOFC）是一类可在高温下以较高的能量转换效率将化学能直接转换为电能的新型能源技术。中低温化发展是目前SOFC领域的主要趋势。将SOFC的操作温度降低至中低温范围内可以显着降低电池的成本,促进其商业化应用。但高性能阴极材料的开发和制备是制约SOFC中低温化发展的瓶颈。因此,探索在中低温下具有高性能的阴极材料成为近年来SOFC领域的研究重点。本论文针对上述问题开发了两种新型阴极材料,Ba0.5Sr0.5Co0.7Fe0.2Ni0.1O3-δ（BSCFN）阴极以及Bi0.7Pr0.1Ba0.2Fe O3-δ/Ce0.8Sm0.2O1.9（BPBF/SDC）复合阴极,并对其晶体结构、氧动力学、热稳定性、导电性以及电化学性能、稳定性、抗CO2性能等方面进行了研究,综合评价了二者作为中低温SOFC阴极材料的可行性。本论文的研究结果如下:采用EDTA-CA联合络合法制备了Ni掺杂的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）材料:Ba0.5Sr0.5Co0.7Fe0.2Ni0.1O3-δ（BSCFN）。BSCFN保留了BSCF的立方对称型晶体结构。由于Ni的掺入,晶格略有膨胀。BSCFN在常温和高温下的氧空穴浓度均高于BSCF材料,且氧的体相扩散系数(Dchem)和表面交换系数(Kchem)也优于BSCF(例如,600°C时,BSCFN的Dchem和Kchem分别为1.24×10-4 cm2 s-1和1.32×10-3 cm s-1)。以Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）为电解质、BSCFN为电极组装成对称电池后,600°C时的面电阻仅为0.033Ωcm2,是同温度下BSCF阴极的1/3。同时,600°C时,此对称电池的面电阻可在100 h以内基本维持稳定。运行100 h后的对称电池暴露在含10 vol%CO2的气氛中后,面电阻会快速增加,但气氛转换为空气后,面电阻可在短时间内恢复到初始值。以Ni-SDC为阳极、SDC为电解质、BSCFN为阴极组装的单电池在650°C时功率密度可达～1.8 W cm-2。如此高的电化学性能是源于Ni的掺杂使得立方对称结构可以维持稳定同时氧动力学更加快速。优异的活性和稳定性使得BSCFN阴极材料具有巨大的应用潜力。采用EDTA-CA联合络合法制备了钙钛矿材料Bi0.7Pr0.1Ba0.2Fe O3-δ（BPBF）,并将其与电解质材料SDC按7:3的比例混合制得BPBF/SDC复合阴极材料。Pr和Ba的掺杂使得BPBF具备了立方对称相结构。BPBF与SDC在高温下具有良好的相容性,二者的混合粉体在900°C的温度下焙烧5 h未产生二次相。同时,BPBF的氧体相扩散系数和表面交换系数极高,远优于许多新型Fe基钙钛矿阴极。Ba和Pr共取代形成的立方结构以及相结构对称性的增强,降低了氧空位的迁移焓,从而使得BPBF的氧动力学更为快速。以SDC为电解质、BPBF/SDC复合材料为阴极组成的对称电池,在700°C时面电阻仅为0.056Ωcm2。此对称电池还具有出色的热稳定性和抗CO2性能,其可在空气和1 vol%CO2气氛下分别保温50 h后面电阻基本维持不变。进一步研究可知,复合材料本身所具有的良好热稳定性和抗CO2性能是对称电池具有优异活性和稳定性的重要原因。
谢云[8]（2020）在《中温固体氧化物燃料电池电极稳定性研究》文中研究说明电子信息工业的高速发展使得社会对电能的需求急剧增加,但目前电能的生产主要是依靠化石燃料的燃烧带动涡轮机发电,不仅转换效率低还会产生大量的污染物,从而造成严峻的环境问题,这迫使我们发展一种新的清洁高效的能源转换方式。固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells,SOFCs）是一种清洁的能源转换装置,且不受卡诺循环的限制,可以实现高效的化学能到电能的转换。但传统的SOFCs装置工作温度较高,一般在800-1000℃,这对材料的选择和成本控制都提出了苛刻的要求。因此,研究者们致力于发展中低温条件下（500-700℃）的高性能SOFCs以促进其商业化进程。但温度降低使催化剂活性快速下降,而产生较大的极化阻抗,并使电池性能明显降低。这种极化损失主要源于阴极氧还原反应（ORR）。为了提高中低温条件下的电化学性能,研究者们致力于开发新的阴极材料,并发现Co基钙钛矿材料表现出优异的催化性能,如Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3（BSCF）具有极高的氧离子电导和优异的ORR催化活性。但同时研究者们也发现在中低温条件下,BSCF会出现立方钙钛矿结构向六方钙钛矿结构的转变,且在含CO2的气氛中会生成BaCO3等惰性相。这都使其长期稳定性降低并限制了其实际应用。另一方面,SOFCs的一大优点是燃料的灵活性,目前工业上氢气主要是通过甲烷水重整生产的,因此直接应用甲烷燃料气的SOFCs,可以进一步提高系统的能量转换效率。但以甲烷为燃料时,由于传统的Ni基阳极对甲烷裂解具有极高的催化活性,会在Ni的表面快速裂解积碳并造成催化剂失活。因此提高Ni基阳极的稳定性是直接甲烷SOFCs的主要任务。针对BSCF等阴极在高温下易相变和在酸性气氛中不稳定,以及Ni基阳极在碳氢燃料下易形成碳淀积等关键问题,本论文提出了利用阴离子及阳离子掺杂抑制BSCF高温相变和提高稳定性,以及利用纳米MgO提高Ni基阳极在直接甲烷燃料中的稳定性。本论文还利用同步辐射紫外光真空质谱、变温X射线光电子能谱等表征方法对甲烷条件下Ni基阳极的反应过程进行研究,并提出了纳米MgO对酸性气体的吸附和给电子能力是抑制碳淀积、提高Ni基阳极稳定性的关键。本文分为五章来论述,主要内容如下:第一章为绪论,主要介绍了 SOFCs的研究背景、工作原理以及电池可能存在的各种极化损失;并对近些年来SOFCs的阴极材料、阳极材料和电解质材料的基本要求及研究现状做了概述;介绍了直接甲烷SOFCs 阳极积碳的产生机理;也对SOFCs的主要研究方法进行了介绍。最后提出了本论文的研究依据和研究内容。第二章研究了直接甲烷Ni基阳极的反应过程及表面MgO修饰对其稳定性的影响。通过原位还原的方法制备纳米MgO修饰的NiCu 阳极作为单电池的阳极催化剂,在700℃以湿润甲烷为燃料时的峰功率密度可达650 mWcm-2,且在100小时的工作时间内衰减率不足7%。借助高温X射线光电子能谱（XPS）表征催化剂外层电子结构特征,并证明引入MgO可以增加NiCu合金外层电子云密度,进而影响CO和H2O的吸附解离作用。借助扫描电子显微镜进一步研究了阳极的微结构,发现MgO的存在可以抑制NiCu合金粒子的生长,提高其比表面积。利用在线质谱研究了阳极反应中间体种类及强度变化,并提出可能的甲烷反应路径,及引入MgO提高阳极稳定性的原因。第三章研究了应用高电负性的氟离子部分取代氧离子对BSCF稳定性的影响。通过液相法制备了F-掺杂的BSCF,利用变温XPS研究了引入F-对BSCF表面氧物种分布的影响。对在700℃下长期处理后的粉体进行XRD表征,结果表明F-掺杂可以明显抑制BSCF从立方相到六方相的转变。值得注意的是,F-较高的电负性会削弱金属与氧之间的相互作用强度,为氧离子传输提供一条更有利的路径。电导驰豫法测试并拟合得到的F掺杂BSCF其氧离子的表面交换系数和体相扩散系数在700℃时分别可以达到3×10-3 cm s-1和2×10-4 cm s-1,均高于BSCF。第四章进一步研究了 La3+局部取代Sr2+对BSCF的性能和稳定性的影响。通过XRD测试发现,引入La3+可以降低BSCF的晶胞参数,这有利于提高其电导率,在700℃、空气条件下可以达到70 S cm-1,比未掺杂样品高了 100%。热膨胀测试结果表明La3+有利于降低热膨胀系数,提高与电解质的热匹配性。700℃在空气和含10%H2O的N2气氛中长期处理后的XRD结果表明,La3+的引入可以提高粉体的稳定性;单电池电化学性能测试结果显示其具有较好的峰功率密度,在700℃以BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3为电解质时可以达到550 mW cm-2。第五章总结了本论文的主要工作,并在现有的研究基础上提出了后续可能的研究方向。
张三立[9]（2019）在《430不锈钢支撑的固体氧化物燃料电池结构设计与优化研究》文中进行了进一步梳理固体氧化物燃料电池是一种可以直接将燃料中的化学能转化为电能的发电装置,同时拥有绿色和高效的巨大优势,对我国的能源发展战略影响深远。传统的固体氧化物燃料电池采用陶瓷材料作为支撑体,存在着强度低、生产成本高、密封技术不成熟等诸多问题,采用金属材料作为支撑体能有效地解决上述问题。因此,本论文将目光锁定工业430不锈钢薄片,在对其进行镀膜改性的基础上进行固体氧化物燃料电池结构设计与优化。本文采用电弧离子镀技术制备具有优异性能的430不锈钢保护膜层。通过对镀膜制备的锰钴尖晶石氧化物膜层、稀土掺杂锰钴尖晶石氧化物膜层以及对比样进行高温氧化行为分析,得到了抗氧化性好、防Cr毒害能力强、长期稳定且的保护膜层。研究结果表明,在高温氧化过程中形成的致密连续的锰钴尖晶石氧化物保护膜有效地防止了不锈钢表面Cr2O3的形成,800℃氧化1500 h后样品表面Cr元素含量仍保持在10%以内,而未镀膜样品表面Cr元素含量已经超过40%,稀土掺杂后的锰钴尖晶石氧化物膜层形成复合膜层能够抑制高温氧化过程中的元素扩散,进而抑制氧化膜生长,稀土掺杂膜层氧化1500 h后增重量仅为未掺杂膜层的70%,因而有着更加优异的高温稳定性和防Cr毒害能力。此外,本文进一步在性能优异的430不锈钢薄片上进行固体氧化物燃料电池结构设计与制备工艺优化。针对工业制备过程中存在的问题,设计了一种新型支撑体,提供微米级孔洞结构的同时提高了支撑体导电性。在此基础上,本文分别采用了丝网印刷和电弧离子镀技术制备了结构理想的电池结构层,并通过多种表征手段验证得出有效的半电池制备工艺:用Ni O浆料填充多孔支撑体,在新型支撑体上丝印阳极层后进行控温并辅助撑固的烘干处理,烘干后的电池需进行4 h的240℃排胶,然后在950℃下进行首圈氧化还原烧结形成形貌良好的阳极结构,随后在衬底温度为200℃、电弧直流电流为40 A的电弧离子镀工艺参数下制备GDC电解质层,800℃热处理后便得到了致密的电解质层。相较于目前普遍采用的粉末冶金法制备金属支撑体,本文中使用工业不锈钢并进行结构设计的新型支撑体更容易实现产业化,创新地将电弧离子镀技术应用在支撑体改性及电池制备领域为固体氧化物燃料电池商业化提供一种新的可能。
王斌[10]（2019）在《BaCeO3基质子导体中低温固体氧化物燃料电池的制备及研究》文中认为能源是社会发展的基础,世界各国仍然以化石燃料作为主要能源资源,中国化石能源的使用比例更高,因此开发新能源刻不容缓。燃料电池（Fuel Cell）是一种新型环境友好的发电装置,能直接将化学能转化为电能,其特殊的发电方式受到人们的关注。在几种现有的燃料电池中,固体氧化物燃料电池（SOFC）是在现有的能源供应体系基础上可以实现高效发电的新能源技术。传统的SOFC工作温度较高,可能会造成电极烧结、难以封接、界面扩散等问题,因此目前研究发展的主要方向是降低SOFC工作温度。质子导体SOFC的发展对降低电池工作温度有着重要的意义。本文主要研究BaCeO3基质子导体SOFC的烧结活性、电化学等性能,并极大提高了BaCeO3基电池性能。主要工作结果如下:（1）通过使用NiO作为烧结助剂于BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ（BZCY）电解质,电池性能得到明显提高。实验结果表明加入烧结助剂NiO可以提高电解质的电导率和电池的性能。且使用NiO内掺比外掺性能更优异,通过内掺NiO得到的BaZr0.1Ce0.66Ni0.04Y0.2O3-δ（BZCNY）电解质在600℃时电导率达到6.3×10-3 S cm-1,相应温度时电池功率密度也达到477 mW cm-2。（2）通过使用微波烧结可以有效的降低烧结温度,微波加热与传统加热原理不同,可以使物体更均匀的受热。我们使用微波烧结成功地制备了BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ（BZCY）粉体,BZCY粉体在微波中900℃下保温1 h就可以形成纯相,而在传统高温炉中需要在1000℃下保温5 h。重要的是,微波法制备的BZCY粉体的晶粒尺寸远小于使用常规热处理BZCY粉体的晶粒尺寸。据报道电解质粉体的晶粒尺寸越小越有利于在膜烧结过程中形成高质量、致密的电解质膜。使用微波烧结制备的SOFC在700℃的膜电导率为7×10-3 S cm-1,功率密度为791 mW cm-2。另外也证明微波烧结可以用来一步法制备电池,不仅提高了电解质材料的致密度,而且改善了阴极与电解质界面接触,降低了欧姆电阻和极化电阻,与传统烧结的一步法相比性能得到极大提高。（3）优化阴极性能也是提高SOFC性能的一个重要方向。传统上通过固相反应法制备的SrCo0.9Nb0.1O3-δ（SCNO）阴极存在许多缺点,限制了该材料的应用。本次实验成功地使用液相法合成SCNO,与固相反应法相比液相法合成SCNO所需温度更低,且得到的阴极晶粒更小（小晶粒更有利于用于阴极材料中）,最重要的是极大的提高了电池性能。另外液相法使得Sr2+、Co3+和Nb5+可以共溶于水溶液中,为使用离子浸渍法提高电池性能提供了条件。同时为SOFC中含Nb化合物的制备提供了方向,对降低电池的工作温度也有着重要的意义。
二、固体氧化物燃料电池的中低温化研究（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、固体氧化物燃料电池的中低温化研究（论文提纲范文）
（1）中低温固体氧化物燃料电池阳极功能层及电解质薄膜制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 固体氧化物燃料电池 |
| 1.1.1 SOFCs的工作原理 |
| 1.1.2 SOFCs的结构 |
| 1.1.3 SOFCs中低温化 |
| 1.2 中低温固体氧化物电解质 |
| 1.3 磷灰石型硅酸镧电解质的研究现状 |
| 1.4 阳极功能层研究现状 |
| 1.5 本论文研究内容及目的 |
| 2 实验方法 |
| 2.1 实验材料及设备 |
| 2.1.1 实验材料 |
| 2.1.2 实验设备 |
| 2.2 NiO/La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)阳极制备 |
| 2.2.1 溶胶-凝胶法制备磷灰石型硅酸镧粉体 |
| 2.2.2 阳极基片制备 |
| 2.3 丝网印刷法制备阳极功能层 |
| 2.3.1 丝网印刷原理 |
| 2.3.2 阳极功能层的制备 |
| 2.3.3 阳极功能层的还原 |
| 2.4 射频磁控溅射法制备电解质薄膜 |
| 2.4.1 磁控溅射原理 |
| 2.4.2 电解质薄膜的制备 |
| 2.5 表征方法 |
| 2.5.1 形貌分析 |
| 2.5.2 物相分析 |
| 2.5.3 热重与差热分析 |
| 2.5.4 红外吸收光谱分析 |
| 2.5.5 孔隙率 |
| 2.5.6 电阻 |
| 3 实验结果与分析 |
| 3.1 阳极 |
| 3.1.1 磷灰石型硅酸镧粉体的物相 |
| 3.1.2 阳极的表面形貌 |
| 3.2 手工研制浆料及阳极功能层的制备 |
| 3.2.1 热重和差热分析 |
| 3.2.2 红外吸收光谱分析 |
| 3.2.3 热处理工艺对阳极功能层表面形貌的影响 |
| 3.3 旋转蒸发法制备浆料及阳极功能层的制备 |
| 3.3.1 乙基纤维素含量 |
| 3.3.2 浆料混合方式 |
| 3.3.3 旋转蒸发时间 |
| 3.3.4 还原前后形貌 |
| 3.3.5 物相 |
| 3.3.6 电阻 |
| 3.3.7 孔隙率 |
| 3.4 电解质薄膜 |
| 3.4.1 SOFCs电解质薄膜表面形貌 |
| 3.4.2 SOFCs电解质薄膜物相 |
| 4 讨论 |
| 4.1 阳极功能层裂纹的产生机理 |
| 4.2 阳极功能层孔径的影响因素 |
| 4.3 电解质薄膜制备的影响因素 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）固体氧化物燃料电池钙钛矿氧化物电极材料的设计与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 燃料电池简介 |
| 1.2.1 SOFC工作原理 |
| 1.2.2 SOFC理论电动势 |
| 1.2.3 SOFC开路电压和极化损失 |
| 1.2.4 固体氧化物电解电池 |
| 1.3 SOFC关键材料的研究进展 |
| 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 SOFC的发展趋势 |
| 1.4.1 操作温度的中、低温化 |
| 1.4.2 燃料多样化 |
| 1.5 钙钛矿氧化物电极性能提升策略 |
| 1.5.1 钙钛矿氧化物电极材料 |
| 1.5.2 性能提升策略 |
| 1.6 本论文的立题依据和研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 钙钛矿空气极材料PrBaCo_2O_(5+δ)复相电极三相界面的氧还原动力学 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验方法 |
| 2.2.1 粉体制备 |
| 2.2.2 致密样品制备 |
| 2.2.3 对称电池测试 |
| 2.2.4 性能表征 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 相结构分析 |
| 2.3.2 微观形貌分析 |
| 2.3.3 电导率 |
| 2.3.4 电导弛豫测试 |
| 2.3.5 电极性能 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 钙钛矿空气极材料PrBaCo_2O_(5+δ)的0位氟阴离子掺杂与热循环稳定性提升 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 PrBaCo_2O_(5+δ)F_x粉体的制备 |
| 3.2.2 致密样品制备 |
| 3.2.3 电池制备 |
| 3.2.4 性能表征 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 结构与形貌 |
| 3.3.2 热膨胀行为 |
| 3.3.3 O_2-TPD |
| 3.3.4 电导率和氧传输性能 |
| 3.3.5 电化学性能 |
| 3.3.6 热循环稳定性 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 钙钛矿燃料极材料La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)的A位铋掺杂与性能提升 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Bi掺杂LSCrF燃料极的SOFC性能研究 |
| 4.2.1 实验方法 |
| 4.2.2 结果与讨论 |
| 4.2.3 本节小结 |
| 4.3 Bi掺杂LSCrF燃料极电解CO_2的性能研究 |
| 4.3.1 实验方法 |
| 4.3.2 结果与讨论 |
| 4.3.3 本节小结 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 钙钛矿燃料极材料SrV_(0.5)Mo_(0.5)O_3的B位脱溶与电化学性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.2.1 粉体制备 |
| 5.2.2 电导率测试 |
| 5.2.3 电池制备 |
| 5.2.4 性能表征 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 结构分析 |
| 5.3.2 元素价态分析 |
| 5.3.3 TPR分析 |
| 5.3.4 形貌 |
| 5.3.5 电导率 |
| 5.3.6 电化学性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 论文总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（3）固体氧化物燃料电池Pr0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Mo0.1O3-δ析出型阳极材料的制备改性和性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池 |
| 1.2.1 固体氧化物燃料电池SOFCs的组成 |
| 1.2.2 固体氧化物燃料电池SOFCs的工作原理 |
| 1.2.3 固体氧化物燃料电池SOFCs的发展趋势 |
| 1.3 SOFCs阳极材料研究进展及发展趋势 |
| 1.3.1 金属与氧化物复合阳极材料 |
| 1.3.2 钙钛矿型氧化物阳极材料 |
| 1.4 Ruddlesden-Popper型类钙钛矿阳极材料 |
| 1.4.1 Ruddlesden-Popper相类钙钛矿氧化物的结构 |
| 1.4.2 Ruddlesden-Popper相类钙钛矿氧化物的性能及主要应用 |
| 1.5 论文选题依据和主要研究内容 |
| 第2章 实验部分 |
| 2.1 实验试剂和仪器 |
| 2.1.1 实验试剂 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 实验样品制备方法 |
| 2.2.1 粉体制备方法 |
| 2.2.2 样品制备 |
| 2.3 实验所需测试仪器及分析方法 |
| 2.3.1 X-射线衍射分析(XRD) |
| 2.3.2 场发射扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.3.3 氢气程序升温还原(H_2-TPR) |
| 2.3.4 X射线光电子能谱(XPS) |
| 2.3.5 气相色谱分析(GC) |
| 2.4 电化学性能表征 |
| 2.4.1 电导率测试 |
| 2.4.2 电化学阻抗谱测试(EIS) |
| 2.4.3 单体电池放电性能测试(伏安曲线I-V) |
| 2.4.4 恒电压放电测试(稳定性测试) |
| 2.5 SOFC测试装置 |
| 第3章 原位析出Co Fe纳米颗粒的R-PSC_(0.2)FM复合阳极制备及性能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Co掺杂对Pr_(0.4)Sr_(0.6)Co_xFe_(0.9-x)Mo_(0.1)O_(3-δ)钙钛矿母体材料结构稳定性理论估算-容限因子与电荷平衡分析 |
| 3.3 钙钛矿母体材料Pr_(0.4)Sr_(0.6)Co_xFe_(0.9-x)Mo_(0.1)O_(3-δ)的制备表征 |
| 3.3.1 钙钛矿母体材料Pr_(0.4)Sr_(0.6)Co_xFe_(0.9-x)Mo_(0.1)O_(3-δ)的制备表征 |
| 3.3.2 复合阳极材料制备温度条件程序升温还原(TPR)测试 |
| 3.3.3 还原产物的形貌研究 |
| 3.3.4 材料表面化学及其还原行为研究 |
| 3.3.5 氧化还原行为及可逆性研究 |
| 3.3.6 PSC_(0.2)FM/R-PSC_(0.2)FM电导率测试电导率测试 |
| 3.4 单电池的制备 |
| 3.4.1 质子导体Ba Zr_(0.2)Ce_(0.7)Y_(0.1)O_(3-δ)(BZCY)电解质的制备 |
| 3.4.2 复合阴极的制备 |
| 3.4.3 电极材料与电解质材料的化学相容性测试 |
| 3.5 R-PSC_(0.2)FM阳极材料的电化学性能测试 |
| 3.5.1 电化学阻抗测试 |
| 3.5.2 单电池放电性能测试 |
| 3.5.3 测试前后的电极形貌表 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 CeO_2修饰RP相阳极在乙烷固体氧化物燃料电池中的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 CeO_2-PSC_(0.2)FM复合阳极的制备 |
| 4.2.1 浸渍液的配制及浸渍过程 |
| 4.2.2 浸渍阳极物相结构的表征 |
| 4.2.3 浸渍阳极的微结构表征 |
| 4.3 单电池的放电性能测试 |
| 4.3.1 不同浸渍量CeO_2-PSC_(0.2)FM阳极在氢气条件下的电化学性能 |
| 4.3.2 CeO_2-PSC_(0.2)FM阳极在乙烷条件下的电化学性能 |
| 4.3.3 CeO_2-PSC_(0.2)FM阳极在乙烷条件下的稳定性测试 |
| 4.4 CeO_2-PSC_(0.2)FM阳极乙烷反应机理研究产物分析 |
| 4.4.1 乙烷反应机理 |
| 4.4.2 乙烷反应的热力学计算 |
| 4.4.3 浸渍CeO_2对性能优化的分析 |
| 4.4.4 产物分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 论文总结与展望 |
| 参考文献 |
| 导师评语 |
| 答辩委员会决议书 |
| 致谢 |
（4）固体氧化物燃料电池钴基与无钴基层状钙钛矿阴极材料的制备及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 燃料电池 |
| 1.2.1 燃料电池简介 |
| 1.2.2 燃料电池的分类 |
| 1.2.3 燃料电池的发展历程 |
| 1.3 固体氧化物燃料电池(SOFC)概述 |
| 1.3.1 SOFC的特点 |
| 1.3.2 SOFC的工作原理 |
| 1.3.3 SOFC的发展历史 |
| 1.3.4 SOFC的关键组成材料 |
| 1.4 SOFC阴极材料的研究进展 |
| 1.4.1 SOFC阴极材料的研究现状 |
| 1.4.2 SOFC阴极材料的合成方法 |
| 1.5 本文研究的意义和内容 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 实验所需的化学试剂和仪器设备 |
| 2.1.1 实验用到的化学试剂 |
| 2.1.2 实验仪器及设备 |
| 2.2 实验内容 |
| 2.3 材料的制备 |
| 2.3.1 溶胶-凝胶法合成粉体材料(以SmBa_(0.5)Sr_(0.25)Ca_(0.25)Co_2O_(5+δ)阴极材料的制备为例) |
| 2.3.2 长条状电导率测试样品SmBa_(0.5)Sr_(0.25)Ca_(0.25)Co_(2-x-y)M_xN_yO_(5+δ)(M/N=Fe,Mn,Cu,Ni)的制备 |
| 2.3.3 长条状热膨胀测试样品的制备 |
| 2.3.4 阴极样品条上的银丝绑定方法 |
| 2.4 表征方法 |
| 2.4.1 X射线衍射分析(XRD) |
| 2.4.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征 |
| 2.4.3 热膨胀系数测试(TEC) |
| 2.4.4 电导率测试 |
| 3 溶胶-凝胶法制备的SmBa_(0.5)Sr_(0.25)Ca_(0.25)CoMeO_(5+δ)(Me=Fe,Mn,Ni,Cu)阴极材料性能研究 |
| 3.1 阴极粉体的XRD分析 |
| 3.2 样品的电导率分析 |
| 3.3 阴极材料的热膨胀分析(TEC) |
| 3.4 阴极粉体的SEM分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 不同Cu掺杂含量的SmBa_(0.5)Sr_(0.25)Ca_(0.25)Co_(2-x)Cu_xO_(5+δ)阴极材料性能研究 |
| 4.1 样品的XRD分析 |
| 4.2 阴极材料的电导率分析 |
| 4.3 阴极样品的热膨胀分析 |
| 4.4 阴极粉体的SEM分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 SmBa_(0.5)Sr_(0.25)Ca_(0.25)Me_1Me_2O_(5+δ)(Me1,Me2=Fe,Ni,Mn,Cu)无钴基阴极材料性能研究 |
| 5.1 样品的XRD分析 |
| 5.2 样品的电导率分析 |
| 5.3 样品的热膨胀分析 |
| 5.4 阴极粉体的SEM分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（5）流延法制备大尺寸固体氧化物燃料电池电解质工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 绪论 |
| 1 燃料电池 |
| 1.1 燃料电池的分类 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池 |
| 1.2.1 SOFC工作原理及优点 |
| 1.2.2 SOFC结构类型与特点 |
| 1.3 SOFC关键材料 |
| 1.3.1 阳极材料 |
| 1.3.2 电解质材料 |
| 1.3.3 阴极材料 |
| 1.4 流延成型工艺 |
| 1.4.1 陶瓷成型方法概述 |
| 1.4.2 流延成型工艺 |
| 1.4.3 生坯的干燥和缺陷 |
| 1.4.4 SOFC烧结方法 |
| 1.5 现状与研究内容 |
| 1.5.1 研究现状 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 2 实验材料和设备及表征方法 |
| 2.1 实验材料及设备器材 |
| 2.2 性能测试方法 |
| 2.2.1 粉体粒度分析 |
| 2.2.2 比表面积分析 |
| 2.2.3 物相分析 |
| 2.2.4 热重-差热分析 |
| 2.2.5 SEM测试 |
| 2.2.6 电化学交流阻抗谱测试 |
| 2.2.7 单电池放电测试 |
| 3 流延法制备大尺寸电解质薄片 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 粉体的合成与表征 |
| 3.2.1 粉体的合成 |
| 3.2.2 粉体表征 |
| 3.3 流延浆料 |
| 3.3.1 浆料成分选择 |
| 3.3.2 制备流延浆料 |
| 3.4 流延工艺 |
| 3.4.1 球磨时间对浆料的影响 |
| 3.4.2 溶剂含量的影响 |
| 3.4.3 分散剂含量的影响 |
| 3.4.4 粘结剂与增塑剂含量的影响 |
| 3.4.5 生坯的干燥和烧结 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 电解质和单电池的制备及性能表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电解质的制备及性能表征 |
| 4.2.1 流延制备电解质 |
| 4.2.2 微观形貌分析 |
| 4.2.3 电导率分析 |
| 4.3 单电池的制备及性能表征 |
| 4.3.1 复合流延制备单电池 |
| 4.3.2 微观形貌分析 |
| 4.3.3 电性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（6）探究Cu引入对SOFCs阳极（Ni-YSZ）机械及电化学性能影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 燃料电池概述 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC) |
| 1.3 固体氧化物燃料电池的发展与研究现状 |
| 1.3.1 固体氧化物燃料电池的工作温度 |
| 1.3.2 固体氧化物燃料电池的结构 |
| 1.4 固体氧化物燃料电池关键材料 |
| 1.4.1 阳极材料 |
| 1.4.2 阴极材料 |
| 1.4.3 电解质材料 |
| 1.4.4 连接体和密封材料 |
| 1.5 研究意义与内容 |
| 第二章 实验制备方法及工艺流程 |
| 2.1 粉体制备方法 |
| 2.1.1 共沉淀法 |
| 2.1.2 溶胶凝胶法 |
| 2.1.3 固相法 |
| 2.2 单电池制备方法 |
| 2.2.1 流延法 |
| 2.2.2 干压成型法 |
| 2.2.3 丝网印刷法 |
| 2.2.4 滴涂法 |
| 2.3 材料表征以及性能测试方法 |
| 2.3.1 物相结构分析方法 |
| 2.3.2 扫描电子显微镜分析(SEM) |
| 2.3.3 直流四端法 |
| 2.3.4 极化曲线 |
| 2.3.5 阻抗谱 |
| 2.3.6 Zview拟合 |
| 2.3.7 DRT分析 |
| 2.3.8 TPO测试分析 |
| 2.3.9 H_2-TPR测试分析 |
| 2.3.10 醛的分解转化实验与结果分析 |
| 2.4 实验仪器与设备 |
| 第三章 CuO添加量对NiO-YSZ电池的影响 |
| 3.1 添加CuO后对于阳极材料的相组成的影响 |
| 3.1.1 材料的制备 |
| 3.1.2 材料的表征 |
| 3.2 NiO-YSZ阳极材料烧结制度的探究 |
| 3.3 在NiO-YSZ阳极材料中添加CuO后对其机械性能的影响 |
| 3.4 在NiO-YSZ阳极材料中添加CuO后烧结制度的探究 |
| 3.5 xCuO-(60-x)NiO-40YSZ|YSZ|LSM单电池性能的研究 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 一种具有H~+/O~(2-)/e~-共传导机制的高效中温SOFCs催化剂 |
| 4.1 La_2CePrO_7 材料的制备及表征 |
| 4.1.1 La_2CePrO_7 材料的制备 |
| 4.1.2 La_2CePrO_7 材料晶体结构分析 |
| 4.1.3 La_2CePrO_7 材料的XPS以及相稳定性分析 |
| 4.2 La_2CePrO_7 材料电导率H~+/O~(2-)/e~-分析 |
| 4.3 La_2CePrO_7 材料催化性能分析 |
| 4.4 La_2CePrO_7 材料电池性能分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
（7）中低温固体氧化物燃料电池新型钙钛矿阴极材料的开发及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 燃料电池 |
| 1.1.1 燃料电池的工作原理 |
| 1.1.2 燃料电池的优点 |
| 1.1.3 燃料电池的分类 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池 |
| 1.2.1 概述 |
| 1.2.2 SOFC特点 |
| 1.2.3 工作原理 |
| 1.2.4 基本组件及材料要求 |
| 1.3 SOFC阴极材料进展 |
| 1.3.1 贵金属和金属陶瓷材料 |
| 1.3.2 钙钛矿结构氧化物 |
| 1.3.3 层状钙钛矿结构氧化物 |
| 1.3.4 复合阴极材料 |
| 1.4 课题的研究意义、主要研究内容以及创新点 |
| 1.4.1 课题的研究意义 |
| 1.4.2 课题的主要研究内容 |
| 1.4.3 课题的创新点 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验试剂与仪器 |
| 2.2 粉体合成 |
| 2.3 样品制备 |
| 2.3.1 阴极浆料的制备 |
| 2.3.2 对称电池的制备 |
| 2.3.3 阳极支撑型单电池的制备 |
| 2.4 研究与表征方法 |
| 2.4.1 X射线衍射(XRD) |
| 2.4.2 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.4.3 热重量分析(TGA) |
| 2.4.4 碘量滴定法测定氧非计量比(δ) |
| 2.4.5 电导率的测定 |
| 2.4.6 电导弛豫(ECR) |
| 2.5 电化学性能测试 |
| 2.5.1 电化学阻抗谱(EIS) |
| 2.5.2 单电池性能 |
| 第三章 Ni掺杂的Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.7)Fe_(0.2)Ni_(0.1)O_(3-δ)钙钛矿的氧还原催化性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.2.1 晶体结构 |
| 3.2.2 氧传输 |
| 3.2.3 电化学性能 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 A位共掺杂的Bi_(0.7)Pr_(0.1)Ba_(0.2)FeO_(3-δ)钙钛矿的氧还原催化性能及抗CO_2性能研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.2.1 相结构 |
| 4.2.2 氧传输 |
| 4.2.3 电催化活性 |
| 4.2.4 在含CO_2的空气中的耐久性 |
| 4.3 小结 |
| 结论 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文 |
| 致谢 |
（8）中温固体氧化物燃料电池电极稳定性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池 |
| 1.2.1 SOFCs理论电动势 |
| 1.2.2 SOFCs的开路电压和极化 |
| 1.3 SOFCs关键材料 |
| 1.3.1 电解质 |
| 1.3.2 阳极材料 |
| 1.3.3 阴极材料 |
| 1.4 甲烷转化机理 |
| 1.4.1 甲烷C-H键的活化和催化氧化 |
| 1.4.2 甲烷的电化学氧化 |
| 1.4.3 积碳的种类及形成 |
| 1.5 固体氧化物燃料电池的发展趋势 |
| 1.5.1 操作温度的中低温化 |
| 1.5.2 电池构型的转变 |
| 1.5.3 碳氢化合物(甲烷)作为燃料 |
| 1.6 主要的研究方法 |
| 1.6.1 X射线光电子能谱(XPS) |
| 1.6.2 电导驰豫法(ECR) |
| 1.7 本论文的立意和研究目标 |
| 参考文献 |
| 第2章 纳米MgO修饰的固体氧化物燃料电池抗积碳阳极 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 晶体结构和粉体形貌 |
| 2.3.2 单电池的电化学性能和稳定性 |
| 2.3.3 催化活性 |
| 2.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第3章 新型高效阴极在含氟质子导体固体氧化物燃料电池中的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 F-BSCF结构与稳定性 |
| 3.3.2 F-BSCF催化剂的性能表征 |
| 3.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第4章 La~(3+)掺杂抑制Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)在中温相转变的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验与表征 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第5章 论文总结与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（9）430不锈钢支撑的固体氧化物燃料电池结构设计与优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文研究的背景和意义 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池概述 |
| 1.2.1 固体氧化物燃料电池的工作原理 |
| 1.2.2 固体氧化物燃料电池结构及其关键材料 |
| 1.3 金属支撑型固体氧化物燃料电池的研究现状 |
| 1.3.1 镍基金属支撑型固体氧化物燃料电池 |
| 1.3.2 铁基金属支撑型固体氧化物燃料电池 |
| 1.4 金属支撑体高温耐蚀优化的研究现状 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第2章 实验及表征方法 |
| 2.1 实验材料及设备 |
| 2.1.1 金属支撑体基底 |
| 2.1.2 阳极层粉体 |
| 2.1.3 实验材料 |
| 2.1.4 实验设备 |
| 2.2 实验方法 |
| 2.2.1 电弧离子镀工艺 |
| 2.2.2 丝网印刷工艺 |
| 2.3 实验表征手段 |
| 2.3.1 X射线衍射分析 |
| 2.3.2 扫描电子显微镜 |
| 2.3.3 热重和示差扫描量热分析 |
| 2.3.4 光学显微镜观察分析 |
| 2.3.5 面电阻分析 |
| 第3章 430不锈钢优化及其高温稳定性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 尖晶石氧化物保护膜的制备与表征 |
| 3.2.1 锰钴尖晶石氧化物保护膜的制备 |
| 3.2.2 稀土掺杂锰钴尖晶石氧化物保护膜的制备 |
| 3.2.3 镀膜后膜层的表征 |
| 3.3 尖晶石氧化物保护膜的高温氧化行为分析 |
| 3.3.1 膜层氧化过程中表面形貌分析 |
| 3.3.2 膜层氧化过程中截面形貌分析 |
| 3.3.3 膜层氧化过程中元素分析 |
| 3.4 尖晶石氧化物保护膜的高温稳定性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 MS-SOFC结构设计及制备工艺研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 MS-SOFC单电池结构设计 |
| 4.2.1 多孔金属支撑体的制备及优化 |
| 4.2.2 基于新型多孔金属支撑体的结构设计 |
| 4.3 MS-SOFC阳极层的制备与表征 |
| 4.3.1 预处理工艺对阳极层成型性的影响 |
| 4.3.2 共烧结工艺对阳极层成型性的影响 |
| 4.4 MS-SOFC电解质层的制备与表征 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（10）BaCeO3基质子导体中低温固体氧化物燃料电池的制备及研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 燃料电池概述 |
| 1.3 固体氧化物燃料电池(SOFC) |
| 1.3.1 SOFC工作原理(氧离子导体SOFC) |
| 1.3.2 SOFC电解质材料 |
| 1.3.3 氧离子导体SOFC的缺陷 |
| 1.4 质子导体固体氧化物燃料电池(SOFC) |
| 1.4.1 质子导体SOFC工作原理 |
| 1.4.2 质子导体SOFC电解质 |
| 1.4.3 质子导体SOFC质子缺陷的形成与迁移机制 |
| 1.4.4 质子导体SOFC的发展趋势 |
| 1.5 选题意义与研究内容 |
| 第二章 实验中所用试剂与仪器 |
| 2.1 实验试剂和仪器 |
| 2.1.1 实验试剂 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 粉体制备 |
| 2.3 实验所需测试仪器及分析方法 |
| 2.3.1 X-射线衍射分析(XRD) |
| 2.3.2 扫描电子显微镜分析(SEM) |
| 2.3.3 能量色散谱仪分析(EDS) |
| 2.3.4 透射电子显微镜分析(TEM) |
| 2.3.5 电化学阻抗谱测试(EIS) |
| 2.3.6 电导率测试 |
| 第三章 探究NiO作为烧结助剂对BaZr_(0.1)Ce_(0.7)Y_(0.2)O_(3-δ)电解质的作用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 粉体制备 |
| 3.2.2 单电池制备 |
| 3.2.3 测试与表征 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 电解质相结构及电解质微观结构分析 |
| 3.3.2 BZCNY和 BZCYNi4 电解质膜电导率分析 |
| 3.3.3 能量色散谱分析(EDS) |
| 3.3.4 BZCNY和 BZCY电解质膜电导率分析 |
| 3.3.5 单电池的形貌与性能分析 |
| 3.4 本章结论 |
| 第四章 微波烧结方法制备质子导体固体氧化物燃料电池电解质粉体 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.3 电化学性能分析 |
| 4.3.1 电解质相结构分析 |
| 4.3.2 电解质微观结构分析 |
| 4.3.3 单电池性能分析 |
| 4.4 本章结论 |
| 第五章 微波烧结“一步法”制备质子导体固体氧化物燃料电池 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 电池微观结构分析 |
| 5.3.2 电池性能分析 |
| 5.3.3 阴极微观结构分析 |
| 5.4 本章结论 |
| 第六章 高性能SrCo_(0.9)Nb_(0.1)O_(3-δ)阴极的制备与电池性能表征 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验方法 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 SCNO阴极相组成结构分析 |
| 6.3.2 SCNO阴极微观结构分析 |
| 6.3.3 SCNO电化学性能分析 |
| 6.4 本章结论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
四、固体氧化物燃料电池的中低温化研究（论文参考文献）
- [1]中低温固体氧化物燃料电池阳极功能层及电解质薄膜制备[D]. 魏育航. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]固体氧化物燃料电池钙钛矿氧化物电极材料的设计与性能研究[D]. 万艳红. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]固体氧化物燃料电池Pr0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Mo0.1O3-δ析出型阳极材料的制备改性和性能研究[D]. 陈国诞. 深圳大学, 2020(01)
- [4]固体氧化物燃料电池钴基与无钴基层状钙钛矿阴极材料的制备及性能研究[D]. 张帆. 内蒙古科技大学, 2020(12)
- [5]流延法制备大尺寸固体氧化物燃料电池电解质工艺研究[D]. 邹鸿东. 内蒙古科技大学, 2020(01)
- [6]探究Cu引入对SOFCs阳极（Ni-YSZ）机械及电化学性能影响[D]. 李翊宁. 济南大学, 2020(01)
- [7]中低温固体氧化物燃料电池新型钙钛矿阴极材料的开发及性能研究[D]. 李露. 广东工业大学, 2020(02)
- [8]中温固体氧化物燃料电池电极稳定性研究[D]. 谢云. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [9]430不锈钢支撑的固体氧化物燃料电池结构设计与优化研究[D]. 张三立. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [10]BaCeO3基质子导体中低温固体氧化物燃料电池的制备及研究[D]. 王斌. 青岛大学, 2019(02)
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