收藏本站
《华中科技大学》 2017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LSM-BSCF复合阴极的制备与性能研究

刘波  
【摘要】:伴随着国际工业水平的高速发展以及人类生活水平的迅速提升,工业生产和人类生活所需的能源总量不断增加,传统能源已经不能完全满足社会所需,另外传统能源在使用过程中存在环境污染严重和能源使用率低等缺陷。因此,开发新型能源已经成为目前国际能源研究的一个重要方向,在众多新型能源中,固体氧化物燃料电池可直接把化学反应释放的能量应用于制造电能,其具有能量利用率高、燃料气体来源广、环保清洁等优点,极其适合在未来进行大面积推广。传统的高温固体氧化物燃料电池由于高温工作下的长时间工作的衰减问题以及制造和运行成本导致其商业化困难,为了满足市场应用的需求需要将其工作温度降低至中温(600 ~oC-800~oC),电极材料在中温下的稳定性能有较大的提升,但是传统电极材料在中温下的电催化活性较差,在中温下同时具备良好的电催化活性以及长期稳定性的阴极成为目前研究的热点。BSCF是常见的钙钛矿阴极材料之一,在低和中等工作温度下具有较好的离子、电子导电性,作为阴极时它的电化学特性非常好,其与常用的电解质材料GDC也有着较好的化学稳定性以及热稳定性,但BSCF钙钛矿材料在含有CO_2气体的气氛下稳定性差,容易与CO_2反应,形成钡和锶的碳酸盐Ba_(1-x)Sr_xCO_3,导致电池的性能下降,长期稳定性较差。La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_(3-δ)(LSM)是一个经典的高温固体氧化物燃料电池的阴极材料,具有较高的电子电导率和氧还原催化活性,但是较低的离子电导率限制了该材料在中温下的应用,因此我们可以结合这两个材料的优点,把LSM和BSCF两种材料进行复合形成核壳结构,将LSM作为壳层,BSCF作为核体,一方面可以避免BSCF与CO_2接触,防止碳酸盐的生成,同时还可以弥补BSCF的电子电导率低的缺点,本实验采用固溶包覆法制备以LSM为壳层、BSCF为核体的LSM-BSCF核壳结构复合粉体,研究了具有不同LSM含量的复合粉体的抗CO_2毒化性能,并制备了LSM-BSCF复合阴极,研究其电化学性能。本文采用溶胶凝胶法制备了BSCF粉体,通过XRD表明在900 ~oC烧结2 h,BSCF能够形成纯净的钙钛矿结构,BSCF粉体容易与CO_2气体反应生成钡和锶的碳酸盐。通过丝网印刷法制备了BSCF阴极,运用电化学阻抗谱分析BSCF阴极在中低温工作状态的具有较低的极化阻抗值,600°C、650°C、700°C和750°C下分别为0.72、0.25、0.09和0.046Ωcm~2,说明其具有较好的电化学性能。本实验采用固溶包覆法制备了具备不同质量比的LSM-BSCF粉体,研究了复合粉体的最佳成相温度,并测试这些粉体的抗CO_2毒化能力,在LSM与BSCF的质量比为1:30时,其制备LSM-BSCF粉体具有较好的抗CO_2毒化性能,具有较好的长期稳定性。通过扫面电镜和EDS元素面扫分析可以知道LSM颗粒较好地包覆在BSCF颗粒上,极大地减少了BSCF与CO_2接触。通过丝网印刷法制备的LSM-BSCF复合阴极极化阻抗值R_p在600°C、650°C、700°C和750°C下分别为7.4、2.1、0.35和0.1Ωcm~2,远远大于同等温度下的BSCF阴极的极化阻抗值,这是因为在LSM的含量能够达到防止BSCF颗粒被CO_2毒化的同时,LSM层厚度过厚,而LSM在中低温下只具有电子导电性,不具有离子导电性,较厚的LSM壳层使复合阴极的三相界面减小,导致性能降低。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB33;TM911.4

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 张向红;王学忠;;浅谈风力发电[J];内蒙古科技与经济;2011年20期
2 段红波;;水力发电与生态环境融合[J];中国水运(下半月);2008年09期
3 李箭;;固体氧化物燃料电池:发展现状与关键技术[J];功能材料与器件学报;2007年06期
4 夏正才,唐超群,周东祥;Sr掺杂量对La_(1-x)Sr_xMnO_(3-δ)离子导电性能的影响[J];功能材料;2000年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘石明;中温固体氧化物燃料电池La_(1-x)Sr_xCo_yFe_(1-y)O_3阴极制备与性能研究[D];华中科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁灵江;李凯;颜冬;马奔;杨佳军;蒲健;池波;李箭;;固体氧化物燃料电池力学性能和形变行为研究[J];无机材料学报;2015年06期
2 杨乃涛;申义驰;延威;孟秀霞;谭小耀;马紫峰;;微管式固体氧化物燃料电池阳极微结构及其性能[J];无机材料学报;2014年12期
3 佃松宜;吴璋;蒲明;;固体氧化物燃料电池气体供应系统的自适应滑模控制[J];四川大学学报(工程科学版);2014年05期
4 梁骁鹏;李凯;张伟;蒲健;池波;李箭;;SOFC氧化铝基密封材料的成型工艺及相关性能研究[J];陶瓷学报;2014年04期
5 程剑;;基于风力发电技术综合概述研究[J];电源技术应用;2014年01期
6 罗凌虹;邵由俊;吴也凡;石纪军;程亮;黄祖志;;固体氧化物燃料电池阴极材料LSCF纳米纤维的静电纺丝法制备[J];硅酸盐学报;2013年09期
7 陈一搏;;浅谈水力发电对生态环境的影响[J];科技资讯;2013年06期
8 王允;;对我国风力发电技术的发展及其现状进行研究探讨[J];电源技术应用;2013年02期
9 王绍明;王峰会;徐策;陈平伟;;基于应变测量平板燃料电池残余应力[J];太阳能学报;2012年11期
10 魏超;;浅谈风力发电技术发展现状及趋势[J];科技创新与应用;2012年23期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李向楠;B位离子掺杂钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极研究[D];大连理工大学;2015年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 顾淦臣;;水力发电工程与环境保护[J];水电站设计;2008年01期
2 吕广强;;风力发电的并网接入及传输方式[J];江苏电机工程;2006年04期
3 左东启;水力发电与环境生态[J];水利水电科技进展;2005年02期
4 唐先敏,钱晓良,孙尧卿;湿化学法制备钙钛矿型La_(1-x)Sr_xMnO_3的电学性能及其晶体学研究[J];华中理工大学学报;1994年09期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方钊;伍小雷;俞娟;李林波;朱军;;不同粘结剂基TiB_2-C复合阴极中碱金属的渗透迁移行为(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年04期
2 李艳;吕喆;王洪涛;王月花;;固体氧化物燃料电池梯度复合阴极材料的制备及性能研究[J];无机材料学报;2007年05期
3 李艳,吕喆,王洪涛,贾莉,苏文辉;固体氧化物燃料电池多层复合阴极的制备及性能研究[J];功能材料;2005年10期
4 张永辉;宋法伦;向飞;康强;罗敏;龚胜刚;;复合阴极材料发射特性分析[J];强激光与粒子束;2008年05期
5 杨能益;;复合阴极射线管[J];电工技术;1992年06期
6 柯满竹,陈文,徐庆,郑锦霞,麦立强;聚合物-过渡金属氧化物纳米复合阴极材料的研究进展[J];功能材料;2003年01期
7 Yeong-Ju CHOE;Jeong-Uk SEO;Kyoung-Jin LEE;Min-Jin LEE;Hae-Jin HWANG;;熔渗法制备固体氧化燃料电池LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)基纳米复合阴极在开路条件下的铬中毒(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2016年05期
8 方钊;张凯;吕晓军;李林波;朱军;李劼;;TiB_2-C复合阴极中碱金属(K、Na)的渗透及其对阴极电解膨胀的影响(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年06期
9 李爽;王天运;万红;;球面石墨基镶嵌式碳纤维复合阴极制备工艺与实验研究[J];纤维复合材料;2006年03期
10 卢自桂,江义,董永来,张义煌,阎景旺;锰酸镧和氧化钇稳定的氧化锆复合阴极的研究[J];高等学校化学学报;2001年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 荆波;孙俊才;;固体氧化物燃料电池的多层复合阴极制备及研究[A];第十五届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2008年
2 ;论文展示 九、固体氧化物燃料电池[A];第十四届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2006年
3 樊星;夏长荣;孟广耀;;中温固体氧化物燃料电池的LSM-SDC复合阴极[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
4 陈兴;薛济来;朱骏;;铝液对C/G/TiB_2复合阴极材料润湿性的实验研究[A];有色金属工业科技创新——中国有色金属学会第七届学术年会论文集[C];2008年
5 吕喆;张璟;黄喜强;贺天民;刘志国;杜晓波;刘巍;苏文辉;;掺Bi_2O_3的SOFC复合阴极材料的研究[A];中国稀土学会第四届学术年会论文集[C];2000年
6 欧文莉;薛济来;;铝电解过程中TiB_2/C复合阴极内化学反应的研究[A];第二届全国延长铝电解槽使用寿命学术研讨会论文集[C];2007年
7 陈心全;王琦龙;崔云康;狄云松;张晓兵;;冷壁法制备大发射电流密度复合阴极及其性能研究[A];中国真空学会2012学术年会论文摘要集[C];2012年
8 樊星;夏长荣;孟广耀;;中温固体氧化物燃料电池的La_(1-x)Sr_xMnO_3-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.90)复合阴极[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
9 陈昱;罗凌虹;吴也凡;程亮;石纪军;;花状La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)复合阴极的制备及性能的研究[A];中国固态离子学暨电池材料青年学术论坛——论文摘要集[C];2013年
10 吉维肖;钱江锋;曹余良;杨汉西;艾新平;;基于聚(3-辛基噻吩)的正温度系数电极及其在锂离子电池过热保护中的应用[A];第一届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 中国光学光电子行业协会液晶分会名誉理事长 高鸿锦;OLED材料获得进展[N];中国电子报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱晓东;镓酸镧基中温固体氧化物燃料电池的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 吴天植;高温质子导体燃料电池复合阴极的制备与表征[D];中国科学技术大学;2010年
3 武国剑;固体氧化物电解池陶瓷基复合阴极的制备及电化学过程研究[D];合肥工业大学;2014年
4 周青军;双钙钛矿结构固体氧化物燃料电池阴极材料的性能[D];吉林大学;2009年
5 赵炎;有机电致发光器件电极界面修饰及其机理研究[D];清华大学;2014年
6 邵麟;铜钴尖晶石基固体氧化物燃料电池阴极材料的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
7 靳超;Sc_2O_3稳定ZrO_2基中温固体氧化物燃料电池电极的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
8 吕文泉;TiBN固体自润滑薄膜的PIIID制备工艺及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
9 刘倩;有机电致发光器件电子注入材料及相关机理研究[D];清华大学;2009年
10 吴小龑;金纳米粒子的光电性质及应用于有机电致发光二极管的研究[D];吉林大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘波;中温固体氧化物燃料电池LSM-BSCF复合阴极的制备与性能研究[D];华中科技大学;2017年
2 李喆;固体氧化物燃料电池复合阴极界面接触材料的性能研究[D];华中科技大学;2017年
3 李明昊;SrCo_(1-x)Ta_xO_(3-δ)阴极及其与Pr_6O_(11)复合阴极的制备与电化学性能研究[D];内蒙古大学;2018年
4 李哲;固体氧化物燃料电池复合阴极材料SrCo_(0.8)Ti_(0.15)Nb_(0.05)O_(3-δ)-SNDC的制备与性能研究[D];内蒙古大学;2018年
5 孔艳;Sn/Cu修饰钛基电极催化还原NO_3~-机理研究[D];中国矿业大学;2018年
6 高梦雪;高温共电解H_2O/CO_2氧化铈基复合阴极制备与研究[D];中国石油大学(北京);2017年
7 林宇慧;钴化合物/碳复合阴极的制备及降解有机废水的研究[D];黑龙江大学;2017年
8 张典;纳米氧化铜/碳纳米材料复合阴极的制备与性能研究[D];福州大学;2015年
9 陈振浩;中温固体氧化物燃料电池新型复合阴极材料的制备及电化学性能[D];合肥工业大学;2017年
10 彭璐;基于钙钛矿复合阴极材料的中温固体氧化物燃料电池的研究[D];吉林师范大学;2016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