收藏本站
收藏 | 论文排版

管式阳极支撑固体氧化物燃料电池的制备和性能研究

王涵多  
【摘要】:固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种新型的能量装换装置,具有能量转换效率高,环境友好、可选的燃料气体范围广等明显优势,因此越来越受到各国研究者的重视。尽早将SOFC技术推向实用化将为高效洁净的使用化石燃料从而达到节能减排的目的做出贡献。阳极管式支撑型SOFC做为近年来研究的热点,也是最有可能进入商业化生产的SOFC结构之一。因此,选用低成本高效率的合适的生产工艺来制备管式阳极支撑体也是使固体氧化物燃料电池能够尽早的投入商业化应用的重要途径。 本论文工作使用一种传统的陶瓷制备工艺:挤出成型法,制备了长管式SOFC的阳极支撑体,并在这种多孔的阳极基体上使用浸渍法制备了YSZ电解质薄膜,然后采用涂刷法在电解质膜上制备阴极后,使用银浆为封接材料,银线为导线对电池进行电化学性能测试。本文同时研究了使用石墨、淀粉、玉米粉三种阳极造孔剂后对挤出成型法制备的阳极长管式支撑体的微观结构的影响。结果表明,使用20%的石墨做为造孔剂后,阳极的微观结构最为均匀,且没有明显的烧结现象与大的孔洞,与淀粉和玉米粉为造孔剂时相比,其电化学性能也最高,在不使用任何电荷收集器,阴极面积为9.5cm2的情况下,800oC下其输出功率达到了241mW/cm2。 另外,在使用石墨造孔剂的阳极中,添加了5%mol比的Fe,以期优化阳极的结构和提高电池的电化学性能。随后的SEM测试和输出结果表明,在以石墨为造孔剂的阳极中添加5%mol比的Fe以后,阳极的结构更加疏松,更有利于燃料气体的传输,其电化学性能也有了一定的提高,在同样的阴极面积下,800oC时的功率密度达到了400mW/cm2,但同时由于Fe的导电性能与Ni有一定的差距,电池的欧姆阻抗有所升高。 为了进一步改善阳极的结构,使用了浸渍法制备了分别以石墨,石墨/淀粉和淀粉为造孔剂的孔隙率梯度分布的阳极,结果表明,这种梯度分布的孔隙对阳极的性能有利,800oC下其电化学性能进一步提高为530mW/cm2。 为使SOFC产业化工艺具有更多的选择性,使用新型的相转换工艺制备一种新型的阳极结构:锥管式阳极支撑体,并将其成功的组装成为SOFC单电池并进行了电化学性能测试。首先优化了相转换工艺,使用了不同比例的做为溶剂的NMP,来考察其对相转换工艺中阳极微观结构的影响。结果表明,当NMP的量与阳极粉料的质量比为1.2:1时,阳极具有最好的微观结构,相转换工艺特有的海绵状孔和大的指状孔的分布较为规律,且没有明显的裂纹出现。800oC下其电化学性能也最好,最大功率密度为180mW/cm2。由于相转换法的成孔机理是溶剂相和非溶剂相的粘度差,因此,本文在又在相转换法的阳极浆料中加入了不同比例的聚乙二醇、丙酮和油酸以期改变浆料的粘度,进而改变阳极的微观结构。结果表明,当在阳极浆料中加入20%的聚乙二醇以后,使阳极中海绵状孔的区域变厚,同时指状孔更加均匀,这种结构能够提高阳极的性能。相同阴极面积下,电池在800oC下的功率密度为340mW/cm2,比添加35%的PEG和未添加任何添加剂时输出性能提高显著。另外,加入、丙酮和油酸后也能够改变阳极空隙的分布,实验结果证明,丙酮有利于大的指状孔的发展,而油酸则会使这种特征结构完全消失。 还研究了在相转换法制备的阳极的不同表面,即接水面(W-surface)和隔绝水面(I-surface)上制备电解质膜。实验证明,在不同的阳极表面上制备电解质膜能够得到不同的输出性能和阻抗测试结果。在隔绝水面做膜时,这种阳极的表面结构和内部形貌有利于膜的形成和电池工作时电子的传输,800oC下其最大功率密度为350mW/cm2,欧姆阻抗也较小。同时,本文利用锥管式结构的独特优势,成功的将两节锥管式单电池串联为电池组,其开路电压达到了1.8V,电池组总的输出功率达到了2W。本文研究了在不同的温度下进行相转换工艺后阳极的微观结构,结果表明,20-50oC是比较合适的相转换工艺的温度区间。 为了降低SOFC的工作温度,使用相转换工艺成功的制备了Ni-GDC锥管式阳极基体,并在阳极上浸渍了GDC电解质膜,并在不同的温度下烧结电解质膜后,使用LSCF做为阴极组装成单电池并进行了电化学性能测试。实验结果表明,GDC电解质膜经过1400oC烧结后,电解质膜的微观结构与1300oC相比有了很大的改善,但还是有一些气孔的存在。而电解质膜经过1500oC烧结后,电解质膜变得致密,然而阳极的颗粒增大,孔隙率骤降,随后的电化学性能测试也表明,1400oC烧结后其输出功率较高,达到了390mW/cm2。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 宋粤华;非化学计量氮化锂基锂离子电池阳极材料研究[J];盐湖研究;2002年02期
2 景长勇;霍保全;刘向宇;李静苗;;阳极材料对苯酚废水处理效果的影响研究[J];工业安全与环保;2009年07期
3 刘世永;王宇新;许莉;;降低水电解中阳极析氧过电位的研究进展[J];电池;2006年02期
4 刘继波;钟晖;戴艳阳;钟海云;;一氧化钛作为电解电容器阳极材料的研究[J];稀有金属;2007年S1期
5 余建柏;陈铭;;电刷镀流镀技术及其在产品再制造中的应用[J];机械设计与研究;2008年04期
6 王慧勇;梁鹏;黄霞;王晓昌;;微生物燃料电池中产电微生物电子传递研究进展[J];环境保护科学;2009年01期
7 尚宏利;李军;桑雪梅;王敏;江楠;程锡钱;彭静;;电解法制备高铁酸盐[J];重庆工学院学报(自然科学版);2009年01期
8 ;氯碱电解用阳极材料[J];氯碱工业;1970年02期
9 糁利平;;电镀小试验样板的选择[J];电镀与环保;1989年01期
10 程继贵,邓丽萍,孟广耀;固体氧化物燃料电池阳极材料的制备和性能研究新进展[J];兵器材料科学与工程;2002年06期
11 盛怡;李光明;胡惠康;张芳;王华;;有机废水电化学氧化阳极材料的研究进展[J];工业水处理;2006年03期
12 许小静;段柏华;曲选辉;李平;;热电池电极材料的研究进展[J];稀有金属与硬质合金;2006年03期
13 许育东;陈云帮;伍光;石敏;庞志成;于桂洋;王丽;;钙钛矿结构固体氧化物燃料电池阳极材料研究[J];金属功能材料;2011年04期
14 庞静,黄松涛,胡永海;电解二氧化锰用阳极材料的发展与应用[J];稀有金属;2001年05期
15 张丽娟,赵新兵,夏定国;锑基合金电化学嵌锂性能研究[J];稀有金属材料与工程;2005年09期
16 尚宏利;田志锋;;高铁酸钾电化学合成及其机理研究[J];表面技术;2007年06期
17 蔡敏真;宋杰;吴启辉;郑明森;吴孙桃;董全峰;;溅射功率对氧化锡薄膜结构和电化学性能的影响[J];电化学;2008年01期
18 高峰;赵海雷;李雪;王治峰;;Co掺杂SrTiO_3阳极材料性能研究[J];稀有金属材料与工程;2009年S1期
19 邓刚;陈云贵;陶明大;吴朝玲;沈向前;羊恒;朱丁;;LaFeO_3电极材料的制备和电化学性能[J];化学学报;2009年17期
20 易芬云;陈水挟;;电氧化过程中活性炭纤维阳极本身的性能评价[J];功能材料;2010年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨俏;王鑫;刘延坤;冯玉杰;;MFC阳极材料预处理方法与电子传递机制影响机制研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
2 高凌;李佳;丁锡锋;郭露村;;浸渍法制备Ni/YSZ固体氧化物燃料电池阳极材料[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
3 李松丽;王绍荣;王元松;聂怀文;温廷琏;;La_(0.85)Sr_(0.15)Cr_(0.9)Ni_(0.1)O_3(LSCN)作为SOFC阳极材料的制备和性能[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
4 王丽欣;由宏新;郁丽;阿布里提·阿布都拉;;以干甲烷为燃料的SOFC阳极反应及材料的研究进展[A];2006年石油和化工行业节能技术研讨会会议论文集[C];2006年
5 刘江;Scott A Barnett;;直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池阳极研究进展[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集稀土专辑[C];2004年
6 刘继波;钟晖;戴艳阳;钟海云;;一氧化钛作为电解电容器阳极材料的研究[A];第五届全国稀有金属学术会议专辑[C];2006年
7 贾莉;吕喆;陈孔发;沙雪清;李国卿;苏文辉;;预烧后的YSZ粉体对Ni/YSZ阳极性能的影响[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
8 贾莉;吕喆;陈孔发;沙雪清;李国卿;苏文辉;;预烧后的YSZ粉体对Ni/YSZ阳极性能的影响[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
9 徐甲强;张海林;潘庆谊;向群;李超;;水热合成工艺对Zn_2SnO_4纳米晶形貌及电化学性能的影响(英文)[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文集(一)[C];2007年
10 沈哲敏;孙克宁;王振华;乔金硕;张乃庆;;造孔剂对SOFC性能的影响[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张磊磊;双钙钛矿固体氧化物燃料电池阳极材料的性能研究[D];吉林大学;2010年
2 张磊;流延和湿粉喷雾制备固体氧化物燃料电池阳极和电解质的研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 王涵多;管式阳极支撑固体氧化物燃料电池的制备和性能研究[D];华南理工大学;2012年
4 贺贝贝;中温固体氧化物燃料电池新型阳极材料的制备和性能表征[D];中国科学技术大学;2012年
5 丁姣;低成本阳极支撑型膜电解质固体氧化物燃料电池的研究[D];华南理工大学;2010年
6 刘立敏;固体氧化物燃料电池镍基阳极改性及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
7 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
8 朱秀芳;中温H_2S固体氧化物燃料电池阳极材料的制备及性能研究[D];南京理工大学;2012年
9 杨超;阳极支撑型固体氧化物燃料电池内多物理场传递过程的机理与数值分析[D];大连海事大学;2013年
10 潘伟平;阳极孔和界面微结构对SOFC的电极极化与性能影响研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王昊昱;阳极材料的优选及其对微生物燃料电池产电性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 何芳;阳极支撑型单室固体氧化物燃料电池的制备与性能研究[D];黑龙江大学;2010年
3 温志宇;Ni_(0.6)Cu_(0.4)BaO_x阳极材料的制备及性能研究[D];大连理工大学;2011年
4 李文渊;固体氧化物燃料电池铜基阳极的性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 胡劲松;基于有机凝胶和多孔硅的锂离子电池阳极材料的制备和性能研究[D];河北师范大学;2002年
6 方亮;中温SOFC复合阳极Ni-LCCM/LSCM-GDC的性能研究及其表面反应动力学分析[D];新疆大学;2010年
7 刘忻;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[D];上海交通大学;2011年
8 张代生;固体氧化物燃料电池阳极材料Ni-SDC和Ni-GDC的制备及性能研究[D];吉林大学;2006年
9 侯冰雪;阳极微观结构对平板式IT-SOFC单电池性能影响研究[D];景德镇陶瓷学院;2011年
10 张军;固体氧化物燃料电池CuCoNi/SDC阳极的制备及表征[D];内蒙古科技大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 杨裕生;“电极”与“电池”存储的能量别混淆[N];科技日报;2008年
2 墨梅;中科院研制燃料电池新阳极材料[N];中国化工报;2008年
3 记者  邰举;韩开发出纳米材料阳极涂布技术[N];科技日报;2007年
4 赵静;新型耐高温铝合金牺牲阳极填补国内空白[N];中国有色金属报;2005年
5 太子;放眼看元件[N];电脑报;2004年
6 武加强;泰山铝业:节能降耗发展之路[N];中国有色金属报;2006年
7 万鹏;钽电容,追求极致性能的选择[N];电脑报;2008年
8 阿亮;电池危机何时解决?[N];中国电脑教育报;2003年
9 ;不把一名下岗职工推向社会[N];新华每日电讯;2002年
10 杨建华;中原油田防偏磨技术国内领先[N];中国石化报;2005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
  • 010-62982499
  • 010-62783978