收藏本站
《吉林大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

中温固体氧化物燃料电池硅酸镧电解质合成及性能研究

高伟  
【摘要】: 固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)属于第三代燃料电池能源系统,其高能量转换效率、洁净无污染、安全方便、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等,使其应用于各个领域。高温固体氧化物燃料电池作为燃料重整和转换以及电化学反应过程等在内的无机膜反应器,把化学能直接转化为电能的效率主要决定于SOFC的核心部件-固体电解质。采用传统的ZrO_2基电解质,必须在高温下操作才能得到较高的电能转换效率,连接密封材料必须使用铂等稀贵金属,导致过高应用成本。因此,近年来研究和开发适用于中温SOFC(Intermediatetemperature solid oxide fuel cell,IT-SOFC)的新型电解质材料已成为SOFC领域的研究热点之一,其中具有低活化能和高氧离子电导率的磷灰石型硅酸镧系氧化物受到了人们的广泛关注。选择La_(10)(SiO_4)_6O_3作为应用研究的原因在于高的氧离子导电性能,低的激活能和在中温范围内(500-800℃)的良好的化学稳定性。1995年,Nakayama等人首次报道了氧磷灰石结构电解质陶瓷;2001年,Tao研究小组通过溶胶-凝胶方法在降低了200℃反应温度的条件下,成功的合成了硅酸镧粉体。随后掺杂体系的报道呈上升趋势,也得到了许多实验和理论方面的研究结果,但在有关氧离子导电机制与掺杂的物理本质的认识上还存在着很大的分歧与异议。 本论文致力于采用固相反应法合成电解质陶瓷粉体,并用等离子喷涂手段制各氧磷灰石结构硅酸镧陶瓷薄膜涂层,作为新型中温固体氧化物燃料电池电解质。利用X射线衍射技术(XRD)、差热分析(DTA)、热失重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)配备的能量弥散X射线探测器(EDX)以及电化学阻抗谱(EIS)等技术详细研究前驱体的热反应过程、合成粉体的结晶相转变过程、形貌以及电化学催化性能和电导率,通过分析比较不同工作参数获得的不同系列样品的实验结果,以期掌握影响中温反应动力学与稳定性的因素,在关键材料和复杂反应机理的研究上取得突破,为我国中温同体氧化物燃料电池技术的发展提供科学依据。 我们详细的了解和深入地调研了SOFC电解质材料及其制备工艺的研究现状(第1章)。基于对大量SOFC文献的调查研究及分析,结合我们的实际情况,形成对IT-SOFC电解质的开发研究。 我们有的放矢的选择原材料和制备工艺,并且采用适宜的测试手段,对粉体合成和工艺制备过程进行有效的跟踪监测(第2章)。 我们建议使用固相反应法合成La_(10)(SiO_4)_6O_3陶瓷粉体(第3章)。这条路线合成的优点是使结晶的复合氧化物在高温的烧结过程中有充足的反应过程和时间。事实上,固相反应法不太繁琐的操作过程和不太昂贵的试剂,使得这条路线对工业应用非常有吸引力。 我们将使用等离子喷涂手段制备陶瓷薄膜涂层(第4章)。选择这一技术是基于易于实施和规模化工业化生产的优势,同时,采用等离子喷涂制备电解质可显著降低SOFCs制造成本。 最后,这些电解质涂层的重点在于其电化学特性,通过其阻抗谱的测试,以评估其导电性,活化能及在工作温度下的稳定性(第5章)。为其在今后的工业化生产中,提供充足的基础数据支持。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TM911.4

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 仲林红;磷灰石结构La_(9.33)Ge_6O_(26)电解质材料的熔盐法制备和表征[D];吉林大学;2014年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 朱晖朝;邓春明;周克崧;刘敏;;不同氧化铝粉末等离子喷涂氧化铝涂层的性能[J];材料研究与应用;2009年03期
2 田立朋;任志华;;磷灰石结构硅酸镧氧离子导体的研究进展[J];材料导报;2012年S2期
3 张密林;王贵领;赵辉;孙丽萍;霍丽华;高山;;氧基磷灰石离子导体的研究进展[J];黑龙江大学自然科学学报;2005年05期
4 ;Unsteadiness in non-transferred dc arc plasma generators[J];Theoretical & Applied Mechanics Letters;2011年02期
5 陈亚男;喻俊;黄志良;胡威峰;鲁冕;田兴;;Sr和Nd掺杂对La_(9.33)(SiO_4)_6O_2电解质性能的影响[J];武汉工程大学学报;2011年09期
6 袁文辉;顾亚萍;李莉;;掺杂的阳离子缺陷型磷灰石La_(9.33-2x/3)M_xSi_6O_(26)(M=Mg,Sr,Ca)的合成及离子导电特性(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2008年03期
7 袁文辉;申荣平;李莉;;氧基电解质La_(10-x)V_x(SiO_4)_6O_(3+x)的制备及性能测试(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2010年02期
8 施庆乐;张华;;Electrical properties of iron doped apatite-type lanthanum silicates[J];Journal of Rare Earths;2012年12期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 李彬;氧化铈基和磷灰石型硅酸镧基电解质材料的研究[D];清华大学;2010年
2 王文权;等离子喷涂纳米陶瓷热障涂层组织与性能研究[D];吉林大学;2005年
3 王超;具有特殊结构的硅酸盐的高温高压合成与表征[D];吉林大学;2006年
4 王贵领;硅酸盐氧基磷灰石的合成及导电性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
5 张兰;凝胶注模工艺在中温固体氧化物燃料电池制备过程中的应用研究[D];山东大学;2007年
6 刘蓓蓓;固体氧化物燃料电池的新型电解质和阳极材料[D];中国科学技术大学;2012年
7 尹广超;磷灰石结构硅/锗酸镧电解质材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 李佩芬;磷灰石结构电解质材料La_(9.33)Si_(6-x)Ge_xO_(26)和La_9A(SiO_4)_6O_(2.5)(A=Ca, Sr, Ba)的制备与性能[D];吉林大学;2011年
2 张哲;固体氧化物燃料电池电解质材料的制备与性能研究[D];中南大学;2011年
3 孙海全;直流电弧等离子体法制备镁基超细复合材料及其储氢性能研究[D];上海交通大学;2012年
4 安永昕;氧基磷灰石离子导体的制备及性能研究[D];黑龙江大学;2007年
5 陈亚男;氮杂磷灰石型硅酸镧固体电解质及其电导性能研究[D];武汉工程大学;2013年
6 喻俊;燃烧法制备磷灰石型硅酸镧固体电解质材料的研究[D];武汉工程大学;2010年
7 谢晓君;锗酸镧基陶瓷电解质的制备与表征[D];吉林大学;2014年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 向蓝翔,赵璐,罗上庚,陈宗璋,周欣燕;ZrO_2-Y_2O_3-Al_2O_3电解质性能研究[J];传感器技术;2005年08期
2 王琪;唐致远;赵宝兴;董静;曹军记;于春福;;用低共熔硝酸盐作为热电池电解质的研究进展[J];电源技术;2007年03期
3 李娟;崔一强;郭瑞松;余芬;王淼;;Sr(Ce_(0.5-x)Zr_(0.5-x))Dy_(2x)O_(3-x)质子导体材料的制备及电性能研究[J];电源技术;2007年06期
4 姜思明;胡艳;;电化学一氧化碳传感器技术进展——传感器结构与电解质[J];中国新技术新产品;2009年02期
5 燕萍;胡筱敏;祁阳;包岩;徐敏;于微微;;CeO_2基固体氧化物燃料电池电解质研究[J];材料与冶金学报;2009年02期
6 荆波;孙俊才;;IT-SOFC电解质Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)的制备与性能[J];大连海事大学学报;2011年01期
7 张健;张丽;朱建新;;固体氧化物燃料电池材料的研究进展[J];现代教育科学;2010年S1期
8 邓莉萍;罗军明;艾云龙;缪全辉;;Ce_(0.8)Y_(0.1)Gd_(0.1)O_(1.9)电解质的制备及其性能研究[J];硅酸盐通报;2008年02期
9 刘丹;沙雪清;叶乃清;;掺杂铈基电解质Ce_(0.8)Sm_(0.2-x)Y_xO_(1.9)的制备和性能[J];桂林工学院学报;2009年03期
10 孙帆;郑勇;高小龙;王秋红;;固体氧化物燃料电池电解质和电极材料的研究进展[J];金属功能材料;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩敏芳;李伯涛;彭苏萍;刘敬;;掺杂ZrO_2基复合电解质材料性能[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
2 景翠;项礼;张秀荣;;溶胶-凝胶法制备Mg掺杂的磷灰石型硅酸镧电解质材料[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
3 刘晓梅;郭天才;冷静;苏文辉;;Ce_(0.9)M_(0.1)O_(2-δ)(M=Pr,Nd,Sm,Gd,Dy)电解质材料研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
4 陈军;李信军;江石寿;黄建军;;金属氧化物燃料电池硅酸镧电解质材料制备与性能研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
5 齐力;;低聚物离子液体为溶剂的电解质[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
6 张跃兴;胡琳娜;彭会芬;郭振华;;新型燃料电池电解质材料的制备及研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(4)[C];2007年
7 许晓雄;温兆银;林祖纕;;高锂离子电导率纳米晶玻璃陶瓷电解质的研究[A];庆祝中国硅酸盐学会成立六十周年固态离子学分会学术研讨会论文集[C];2005年
8 王峰会;;燃料电池双层材料残余应力的电阻应变测试方法[A];第十二届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2009年
9 孟建波;蒙大桥;罗文华;桑革;;CaZr_(0.9)In_(0.1)O_(3-δ)高温传质陶瓷的H_2O和H_2浓差电池电动势研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
10 马艺准;王志光;朱亚斌;庞立龙;缑洁;孙建荣;申铁龙;姚存峰;;电子辐照改性PAN/PEO基体凝胶电解质材料对染料敏化太阳电池的影响[A];第十四届全国核物理大会暨第十届会员代表大会论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 饶兴鹤;日本无机化工挺进IT与环保市场[N];中国化工报;2007年
2 记者 马悍德;青海企业参与科技难题招标[N];科技日报;2006年
3 梁赟;金川公司镍盐厂利用白烟灰开发新产品[N];中国矿业报;2007年
4 本报记者 张辉;在最时髦行业里创业[N];中国经营报;2001年
5 梁赟;从白烟灰中提取有价金属[N];科技日报;2007年
6 钟珂园;我国新材料产业群在崛起[N];中国高新技术产业导报;2003年
7 进周;新疆国家有色金属新材料产业化基地通过评审[N];中国有色金属报;2009年
8 行者;光伏材料:廉价用能的关键[N];中国化工报;2010年
9 邓小国 记者 傅江平;TBT评议成为应对壁垒有效手段[N];中国质量报;2010年
10 高欣 本报记者 狄文君;花园口不拘一格抢人才[N];辽宁日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘巍;固态氧离子电解质材料的多维结构制备与性能[D];清华大学;2013年
2 尹广超;磷灰石结构硅/锗酸镧电解质材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2014年
3 钱婧;中低温固体氧化物燃料电池双层电解质的脉冲激光制备及电化学研究[D];中国科学技术大学;2014年
4 严端廷;CeO_2基电解质的电性能研究及在中温固体氧化物燃料电池中的应用[D];吉林大学;2010年
5 黄兆祥;氧基磷灰石固体电解质的制备和导电性能研究[D];华中科技大学;2010年
6 李彬;氧化铈基和磷灰石型硅酸镧基电解质材料的研究[D];清华大学;2010年
7 刘张波;氧化铈基中温固体氧化物燃料电池的阳极和电解质材料研究[D];中国科学技术大学;2013年
8 左宁;氧化钐稳定氧化铈电解质材料的制备及在阳极支撑型SOFCs中的应用[D];哈尔滨工程大学;2012年
9 柳勇;中温固体氧化物燃料电池电解质及相关材料和性能的研究[D];天津大学;2012年
10 肖利芬;锂离子电池若干应用基础问题研究[D];武汉大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林楠;纳米CeO_2基固体电解质的制备与性能研究[D];黑龙江大学;2010年
2 张彦磊;碳酸盐参杂Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)低温固体氧化物燃料电池电解质的制备及性能研究[D];吉林大学;2009年
3 张哲;固体氧化物燃料电池电解质材料的制备与性能研究[D];中南大学;2011年
4 谢晓君;锗酸镧基陶瓷电解质的制备与表征[D];吉林大学;2014年
5 申荣平;磷灰石型镧硅系中低温离子导体的制备及性能研究[D];华南理工大学;2010年
6 姜晓丽;铈钪共掺杂锆基电解质材料的制备[D];内蒙古科技大学;2011年
7 姜晓丽;铈钪共掺杂锆基电解质材料的制备[D];内蒙古科技大学;2011年
8 景翠;磷灰石型硅酸镧电解质的制备与研究[D];大连理工大学;2011年
9 杨梅;金属氧化物掺杂对Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)结构和电性能的影响[D];长春工业大学;2012年
10 李治均;电解质(La_(1-x)Sr_x)_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)和(La_(0.95)-xSr_xBa_(0.05))_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)的制备和电化学性能测试[D];内蒙古科技大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026