基于NiO-YSZ-La_（0.2）Sr_（0.7）TiO_3复合阳极中温固体氧化物燃料电池的制备和性能研究

【摘要】：燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置,具有能量转化率高,环境污染少的优点。而固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)属于第三代燃料电池,是一种在中高温运行条件下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效率、环境友好地转化成电能的全固态发电装置。从可持续发展的能源战略和保护生态环境的角度来看,固体氧化物燃料电池是极具发展前景的,被普遍认为是在未来会得到广泛应用的一种燃料电池。 然而在现阶段,运行温度过高所导致的一系列问题是阻碍固体氧化物燃料电池产业化进程的重要因素。为了降低制备和运行成本,必须通过大量的研究,选择合适的材料,确定完善的制备工艺,从而实现固体氧化物燃料电池的中温化。 本文的研究侧重点在于阳极功能层掺杂材料的合成和性能表征两个方面,并在此基础上深入探讨了阳极支撑型平板式固体氧化物燃料电池单体的制备工艺,最后分析了单电池性能表征与测试的结果。具体内容如下: 论文第一章概述了本课题的研究背景、目的和意义,扼要介绍了SOFC的特点、发展历史、工作原理和结构类型、以及应用范围和前景展望。最后提出了本课题的主要研究目标。 第二章介绍了SOFC各部分材料(电解质、阴极、阳极、连接材料、密封材料等)的特点、作用和性能要求,以及各种备选材料制备技术的研究现状和发展趋势。同时论述了SOFC粉体材料的合成工艺过程和分析测试结果。 第三章采用溶胶凝胶法制备了钙钛矿型化合物La0.2Sr0.7TiO3,并利用TGA、XRD等分析方法对粉末进行了表征,得出了制备该粉体的合适工艺方法。 第四章首先介绍了SOFC薄膜的各种制备工艺,并加以比较。而后对单电池的制备流程进行了详细的讨论,分别研究了阳极材料的流延过程,阳极功能层、电解质层、阴极阻挡层和阴极层的印刷和烧结过程中,各种因素对于最终电池性能的影响,并针对不利影响提出了改进措施,最终确定了一套以流延法和丝网印刷法为核心的,制备阳极支撑型平板式中温SOFC单电池的工艺方案。 第五章的内容为单电池的组装和性能测试。实验结果表明,所制备的SOFC单电池性能良好。在800℃运行时,开路电压为1.098V,最大功率密度为1.1W/cm2,最大电流密度为1310mA/cm2。 第六章对本课题到目前为止所取得的阶段性成果以及实验过程中所发现的问题和相应的改进措施作一总结,并且对将来的研究工作提出了展望。