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《哈尔滨工业大学》 2007年
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平板式中温SOFC阳极系统的研究

乐士儒  
【摘要】: 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells, SOFCs)具有全固态、高效率等优点,能量转换效率最高可达80%,是目前世界各个国家的研究热点之一。这种电池阳极与电解质通常共烧结在一起。为了防止高温下氧化气与还原气混合而发生爆炸,需要将还原性气体与氧化性气体用密封材料隔离。 研究了具有链状结构的淀粉和具有球形结构的聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA`)作为阳极支撑层造孔剂,实验结果发现,15mass%淀粉制备的阳极孔隙率为29.8%,电导率为2000.35S·cm~(-1);而15mass%和30mass%PMMA制备的阳极孔隙率分别是36.4%和59.4%,电导率分别是1200.0S·cm~(-1)和1008.45S·cm~(-1)。制备的电池放电测试表明,当孔隙率小于59.4%时,相同H2流速下电池的功率密度随孔隙率的增加而增加;当孔隙率达到59.4%时,H2流速的增加对电池功率密度的提高影响不明显。 用平均粒径大于1μm的NiO-Ⅰ、NiO-Ⅱ和NiO-Ⅲ用于制备阳极功能层,发现NiO-Ⅰ制备的电池的放电功率密度最高,达到121 mW·cm~(-2),而NiO-Ⅲ制备的电池功率密度仅有81 mW·cm~(-2),SEM分析表明NiO-Ⅰ的颗粒比较细小,平均粒径约2μm,而NiO-Ⅲ达到4.47μm;采用沉淀法制备的纳米NiO-Ⅳ和商品纳米NiO-Ⅴ制备的电池,最大功率密度分别高达205.3 mW·cm~(-2)和308.2 mW·cm~(-2),原因在于纳米颗粒尺寸小,比表面积大,催化性好,与YSZ的附着性佳。700℃煅烧增加了NiO-Ⅴ的活性,电池功率密度增加到369.0 mW·cm~(-2)。对阳极功能层的YSZ在1200℃煅烧后再球磨12h,电池最大功率密度达到了390.5 mW·cm~(-2),原因是锻烧球磨的YSZ呈球形,增加了NiO分散的均匀性。 对于目前国内普遍作为SOFC电解质使用的JC 8YSZ和TOSOH 8YSZ进行实验比较。实验表明两者都是在1000℃开始发生收缩,JC 8YSZ的最大收缩率为25.2%,而TOSOH 8YSZ的最大收缩率只有19.0%。TOSOH 8YSZ的平均粒径为0.71μm,JC 8YSZ的平均粒径为1.91μm。测试的Nyquist曲线表明在800℃时JC 8YSZ和TOSOH 8YSZ的电导率分别是0.0179S·cm~(-1)和0.0212 S·cm~(-1),计算活化能分别是108.35kJ·mol~(-1)和105.67 kJ·mol~(-1),用这两种8YSZ制备的电池在800℃最大功率密度分别是184.08 mW·cm~(-2)和267.75 mW·cm~(-2)。SEM照片表明两种8YSZ在1500℃烧结时都不致密,但是采用80%JC与20%TOSOH 8YSZ混合则可以得到致密的电解质膜。厚度20μm时,开路电压800℃可达1002mV,放电功率密度447.0 mW·cm~(-2),并且保持稳定,而当厚度降低到7μm时,开路电压800℃只有923mV,放电功率密度253mW·cm~(-2),并且开路电压在20min内降低,原因是还原过程阳极体积的变化导致电解质破裂。 SLABS3与SOFC组元共烧时粘接性良好。能谱分析表明,向微晶玻璃方向,与NiO/YSZ阳极共烧Zr的扩散深度10μm;与阴极共烧Mn的扩散深度60μm;与连接体共烧,Cr和Fe的扩散深度约20μm,但是微晶玻璃的成分却没有向相邻组元扩散,符合兼容性要求。制备的模拟电池用该密封材料隔离H2和O2,开路电压热循环6次仍保持在1.05V左右,表明SLABS3密封的模拟电池的气密性和稳定性良好。 由于硬密封导致电池无法拆卸,同时研究了云母和气相SiO2填充的陶瓷纤维作为压实密封材料。结果表明,采用气相SiO2填充的陶瓷纤维的泄漏率随气相SiO2填充量的增加而减小。填充的陶瓷纤维预压后在1MPa压力,10kPa气压差下泄漏率仅为0.04sccm·cm~(-1),密封性能优于云母,该泄漏率值低于文献报道水平,达到国际先进水平,并且热循环20次保持稳定,在800℃下H2还原200h质量损失速率为1.7×10~(-2)g·cm~(-2)·h~(-1),还原后不影响泄漏率。
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1 赵旺初;平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)[J];电力建设;2002年12期
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13 ;国外期刊(文献)导读[J];华东电力;2003年08期
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17 李英,唐子龙,谢裕生,张中太;缓冲溶液法制备SOFC用Ni/YSZ负极材料[J];材料科学与工艺;2001年01期
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19 孙明涛,孙俊才,季世军;Ni-SDC金属陶瓷阳极研究[J];电池;2004年06期
20 韩敏芳;王琦;;SOFC封接材料和封接技术[J];世界科技研究与发展;2006年05期
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1 ;SOFC System Model and SOFC-CHP Competitive Analysis[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
2 辛显双;王绍荣;占忠亮;温廷琏;;SOFC合金连接体耐高温氧化涂层研究进展[A];中国硅酸盐学会固态离子学分会理事会暨第一届固态离子学青年学术交流会文集[C];2011年
3 邓忠华;李曦;;固体氧化物燃料电池电特性的建模和控制设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 赵晓锋;邵刚勤;段兴龙;赵明;闫丽;;新型SOFC电解质Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)的制备与表征[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第五届年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文集[C];2007年
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8 王乐莹;罗凌虹;吴也凡;程亮;石纪军;;阳极Ni/YSZ掺杂CeO_2对SOFC性能的影响[A];中国硅酸盐学会固态离子学分会理事会暨第一届固态离子学青年学术交流会文集[C];2011年
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1 ;SOFC高温电解水制氢取得重要进展[N];中国技术市场报;2011年
2 张玲 周前进;我国实现固体氧化物燃料电池系统独立发电[N];科技日报;2010年
3 查少武 杨蔚光 夏长荣 孟广耀;21世纪的绿色能源——固体氧化物燃料电池[N];科技日报;2000年
4 北京化工大学炭纤维及复合材料研究所 张学军;未来谁给我们供电?[N];计算机世界;2004年
5 本报记者 岳琳;直接运用最新技术是捷径[N];中国汽车报;2002年
6 祝同华 秦伟;我国燃料电池研究驶入发展快车道[N];中国电子报;2003年
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8 本报记者 张煜林;新技术能让汽车有更卓越的表现[N];中国汽车报;2002年
9 本报驻东京记者 吴仲国;电动汽车正驶向未来[N];科技日报;2002年
10 张曙光 洪锋;化学反应能量直接变换电能[N];中国矿业报;2002年
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1 丁家峰;基于SOFC的变压器油中溶解气体检测机理与技术研究[D];中南大学;2012年
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