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《武汉科技大学》 2016年
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IT-SOFC阴极/电解质界面结构对电池电性能影响的研究

任晓静  
【摘要】:中温(500~800°C)固体氧化物燃料电池(SOFC)内阻过大成为制约SOFC商业化和实用化的限制因素。前期的研究结果表明,电极和电解质之间的接触电阻是制约电池电性能的决定性因素。为了降低SOFC的接触电阻,本研究采用了阳极/电解质共烧结的方法,以降低二者之间的接触电阻,同时通过延长球磨时间,提高阴极粉体的烧结活性,可以降低阴极/电解质之间的接触电阻。在阴极和电解质之间引入相对致密的阴极层以进一步降低电池的接触电阻,并且双层阴极共烧结的效果要好于双层分开烧。研究结果表明,延长球磨时间(由0.5 h延长到48 h)后,电池接触电阻占总极化电阻比例由90%左右降低到了50%左右。引入双层阴极以后又可以使电池的接触电阻降低至20%左右,从而使得电池650°C下的峰值功率密度由0.1114 W/cm~2提升至0.2841 W/cm~2。最后,本文采用KOH-KNO_3熔盐体系在低温下制备出了具有特定形貌、高纯度的LSCF-6428阴极粉体颗粒,考察了合成条件对粉体相纯度和形貌的影响,并摸索出了优化的粉体合成工艺条件。在此基础上对比了熔盐法合成的阴极材料球磨不同时间对阴极与电解质界面接触状态的影响。研究表明短时间球磨的阴极粉体由于颗粒较粗大,与电解质之间的接触存在较多空隙,故接触电阻很大,但通过延长球磨时间能够产生大量的高烧结活性的小颗粒粉体,这些小颗粒粉体能够在电解质表面形成部分致密层,从而有效地降低电极与电解质之间的接触电阻。
【关键词】:SOFC 柠檬酸法 熔盐法 接触电阻
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM911.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 研究背景9-20
  • 1.1 燃料电池概述9-10
  • 1.1.1 燃料电池的概念及特点9-10
  • 1.1.2 燃料电池的分类10
  • 1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构、特点及应用10-12
  • 1.2.1 SOFC的特点10-11
  • 1.2.2 SOFC的工作原理11
  • 1.2.3 SOFC结构类型11-12
  • 1.2.4 SOFC的应用12
  • 1.3 SOFC的研究及进展12-18
  • 1.3.1 SOFC阴极材料的研究13-14
  • 1.3.2 SOFC电解质材料的研究14-16
  • 1.3.3 SOFC阳极材料的研究16-17
  • 1.3.4 国外研究进展17
  • 1.3.5 国内研究进展17-18
  • 1.4 本论文的研究内容及意义18-20
  • 1.4.1 研究内容18-19
  • 1.4.2 研究意义19-20
  • 第2章 研究与分析测试方法20-27
  • 2.1 实验药品与仪器设备20-21
  • 2.1.1 实验药品20
  • 2.1.2 仪器设备20-21
  • 2.2 表征方法21-22
  • 2.2.1 X射线衍射分析21
  • 2.2.2 表面形貌分析21-22
  • 2.2.3 粒度分析22
  • 2.3 电化学性能测试22-27
  • 2.3.1 伏安曲线测试及分析22-25
  • 2.3.2 交流阻抗谱及分析25-27
  • 第3章 电极材料的制备及表征27-33
  • 3.1 阳极材料的制备与表征27-28
  • 3.1.1 氧化镍的制备方法27-28
  • 3.1.2 氧化镍的相结构表征28
  • 3.2 阴极材料的制备及表征28-32
  • 3.2.1 柠檬酸溶胶—凝胶法阴极材料的制备及表征28-30
  • 3.2.2 熔盐法阴极材料的制备及表征30-32
  • 3.3 本章结论32-33
  • 第4章 单元电池制备及电性能测试方法33-36
  • 4.1 单元电池的制备33-34
  • 4.1.1 阳极基底的制备流程33
  • 4.1.2 半电池的制备33-34
  • 4.1.3 阴极浆料的制备34
  • 4.1.4 单元电池片的制备34
  • 4.2 单元电池电性能测试34-36
  • 4.2.1 测试装置简介34-35
  • 4.2.2 测试方法35-36
  • 第5章 单元电池接触电阻的研究及电性能优化36-57
  • 5.1 柠檬酸盐法制备阴极材料与电解质接触电阻的研究36-50
  • 5.1.1 阴极材料球磨 0.5 h单元电池电性能测试36-39
  • 5.1.2 阴极材料球磨 48 h单元电池电性能测试39-43
  • 5.1.3 双层阴极分开烧制备单元电池电性能测试43-46
  • 5.1.4 双层阴极共烧结制备单元电池电性能测试46-50
  • 5.2 熔盐法制备阴极材料与电解质接触电阻的研究50-56
  • 5.2.1 熔盐法制备出阴极材料球磨 0.5 h电性能测试50-53
  • 5.2.2 熔盐法制备出阴极材料球磨 48 h电性能测试53-56
  • 5.3 本章小结56-57
  • 第6章 结论与展望57-58
  • 6.1 结论57
  • 6.2 展望57-58
  • 致谢58-59
  • 参考文献59-64
  • 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文64-65
  • 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目65

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