收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

低成本阳极支撑型膜电解质固体氧化物燃料电池的研究

丁姣  
【摘要】: 固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置,具有能量转化效率高、环境友好及燃料选择范围广的优点,是21世纪各国竞相发展的一种新型绿色能源,越来越受到研究者们的重视。降低工作温度,开发中低温SOFC已成为当前SOFC商业化发展的必然趋势。阳极支撑型电解质膜电池是近年来中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)研究的热点之一。减小电解质膜的厚度,制备膜电解质阳极支撑型固体氧化物燃料电池是降低电池工作温度(600~800℃)、降低电池制作成本、保持电池输出性能、延长电池寿命的有效方法之一。因此,开发低成本高效率的阳极支撑型固体氧化物燃料电池制备工艺是固体氧化物燃料电池产业化和商业化的重要途径。 本论文首先开发了料浆喷涂法制备阳极支撑型电解质膜工艺。在多孔NiO-YSZ阳极支撑体上采用料浆喷涂法成功制备了YSZ电解质膜,研究了YSZ喷涂料浆的制备,探讨了料浆喷涂法的工艺技术,总结了料浆喷涂法的方法和技巧,并对电池的电化学性能进行了测试和分析。研究结果表明,YSZ喷涂料浆的悬浮性和均匀性对料浆喷涂法制备YSZ电解质膜有直接影响。采用料浆喷涂法成功制备了15μm厚的YSZ电解质膜,其单电池开路电压在600℃时已经达到1V以上,以LSM-YSZ为阴极在800℃以下的中温区工作时性能优异,800℃时以氢气为燃料最大输出功率密度达到了0.99W/cm2。 本文研究了用于低温固体氧化物燃料电池(400℃~600℃)的具有高导电性能的新型电解质材料:Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)。在料浆喷涂法制备电解质膜工艺的基础上,在扣式NiO-SDC多孔阳极支撑体上制备了SDC电解质膜,并制备了单电池,对电池性能进行了测试和分析。比较了SDC粉体三种合成方法对料浆喷涂法制备SDC电解质膜结构和电池输出性能的影响。结果表明,柠檬酸-硝酸盐法制备的粉体适合用于料浆喷涂法制备SOFC的电解质膜。采用柠檬酸-硝酸盐法合成的SDC粉体制备的电解质膜和电极(包括阴极和阳极)接触良好,电解质表面没有气孔和裂纹,仅在膜截面有少量闭合气孔,电池开路电压可以达到0.9V左右,基本满足固体氧化物燃料电池运行的需要。 本文研究了阳极中Fe的掺杂,利用Fe部分取代Ni,降低了电池的制作成本。采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法成功地合成了Ni1-xFexO(x=0.01,0.04,0.08,0.1,0.15,0.2,0.4,0.5)阳极粉体,并制备了扣式Ni1-xFexO-YSZ阳极支撑型YSZ膜电解质固体氧化物燃料电池。对单电池在氢气和甲烷燃料下的性能进行了测试,并对该种阳极上的碳沉积进行了分析。结果表明,用少量的Fe来取代Ni有利于改善阳极微观结构,延长了电池反应的三相界面,有利于电池的电化学反应,提高了电池的输出性能。并且在阳极中掺杂少量Fe可以减缓碳沉积现象,延长电池的运行寿命,对阳极的稳定性十分有利。 本文将传统的陶瓷成型工艺—注浆成型法引入阳极支撑体的制备中,详细探讨了影响注浆成型工艺的各种因素,确定了注浆成型法制备长管状阳极支撑体的工艺参数:使用10%~15%阿拉伯树胶作为分散剂;pH值为4~5;原料粉体的球磨时间为2小时,分散剂阿拉伯树胶的球磨时间为20分钟;采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法合成氧化镍原料粉体。并采用注浆成型法成功地制备出长管状阳极支撑体,进而制备成单电池。采用加湿氢气为燃料,测试了注浆成型法制备的长管状阳极支撑型YSZ膜电解质SOFC单电池的性能,该单电池在850℃时最大输出功率密度为0.907W/cm2,证明了注浆成型工艺制作方法优良,操作简单,价格低廉,是一种制备固体氧化物燃料电池的可选工艺。 本文在注浆成型法制备长管状阳极支撑体的基础上制备了锥管状阳极支撑体,采用浸渍法制备了阳极功能层和YSZ电解质膜,进而把单电池采用串接方式组成电池组。并对单电池及电池组的微观结构和电化学性能等进行了研究。结果表明,阳极功能层的引入有效减少了电解质膜厚,增大了三相反应区,提高了电池的输出性能。该电池在750℃和800℃的最大功率密度分别达到1.32W/cm2和1.78W/cm2。800℃时,该电池的欧姆电阻为0.04Ωcm2,极化电阻为0.14Ωcm2。引入阳极功能层后,电池的欧姆电阻和极化电阻都减小,有效地改善了界面情况。成功组装了由两个单电池组成的电池组。该两电池组在800℃下,开路电压为1.7V,在电流为3A的情况下,最大输出功率约为2.64W。并且该两电池组经历了12次热循环,开路电压和最大输出功率稳定,没有出现明显的衰退,能够经受住重复启动考验。 本文在电解质薄膜化,降低电池的工作温度,从而降低电池成本的基础上,重点研究了阳极支撑型YSZ膜电解质固体氧化物燃料电池的一步烧结工艺,进一步降低电池成本。考察了一步烧结工艺制备的单电池的电化学性能。结果表明,YSZ电解质的烧结致密性是一步烧结工艺的关键。综合比较了四种烧结程序制备的电池测试后横截面和YSZ电解质膜表面的微观结构,电池阳极孔隙率和收缩率,及单电池开路电压和电池输出性能等方面。确定了一步烧结制备锥管状阳极支撑型固体氧化物燃料电池的最佳程序为先以1℃/min从室温升到400℃,在400℃保温1小时;然后以2℃/min升到1000℃,在1000℃下保温2小时。最后,再以2℃/min升温至1300℃,并保温2小时。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨遇春,郑有国;锂离子电池材料新进展[J];电池;1998年04期
2 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
3 杨兵初;唐成颖;刘志坚;;热电池新型阳极材料Li-B合金研究进展[J];材料导报;2004年05期
4 谢吉虹;郑颖平;查燕;孙岳明;孙柏旺;;甲烷为燃料的中温固体氧化物燃料电池阳极材料研究进展[J];江苏化工;2007年04期
5 余琨;宋觉敏;蔡志勇;杨军;薛新颖;雷路;;镁及镁合金电池阳极材料的研究、开发及应用[J];金属功能材料;2010年04期
6 纪善恩;关于《家用及商用电池组》的试验方法简介[J];安全与电磁兼容;1996年02期
7 尹立辉,高俊奎,邱瑞珍;锂离子蓄电池电镀锡阳极材料的研究[J];电源技术;2005年11期
8 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
9 李彦;吴金星;赵大治;魏新利;;柠檬酸-硝酸盐法制备中温SOFC材料[J];郑州大学学报(工学版);2007年01期
10 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
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陆志刚;刘怡;雷金勇;陈满;陈磊;李达;;电池储能在电力系统应用和技术经济分析[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年
2 马晓华;田云;杨清河;金忠;杨振国;宗祥福;;核—壳结构阳极材料的研究[A];第二十三届全国化学与物理电源学术会议论文集[C];1998年
3 吕喆;赵星海;裴力;贺天民;刘志国;刘巍;黄喜强;苏文辉;;掺铜的新型SOFC阳极材料的研究[A];第二十四届中国化学与物理电源学术会议论文集[C];2000年
4 刘同昶;吴镛宪;朱凯;陆荣;周利容;曹永祥;黄常蓉;;航天用6QN35电池组的寿命试验[A];第二十三届全国化学与物理电源学术会议论文集[C];1998年
5 侯福平;姬春华;邓志国;;浅析阀控密封式铅酸蓄电池的检测、使用和维护[A];通信电源新技术论坛——2010通信电源学术研讨会论文集[C];2010年
6 张平;;瑞典科学试验卫星镉镍电池组的研制[A];第二十三届全国化学与物理电源学术会议论文集[C];1998年
7 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
8 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
9 周仲安;刘荫福;谭逸雄;杜友良;汪继强;;大功率Li/SOCl_2储备电池的压力控制[A];中国第二十二届化学与物理电源学术年会暨湖南省第五届镉镍、氢镍电池技术与市场研讨会论文集[C];1996年
10 刘效疆;陆瑞生;宋文斌;;长寿命热电池的研制[A];第二十三届全国化学与物理电源学术会议论文集[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 张尚权;流延法制备固体氧化物燃料电池关键材料研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 艾娜;Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)电解质薄膜燃料电池及电极性能优化研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 艾娜;Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)电解质薄膜燃料电池及电极性能优化研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 艾娜;Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)电解质薄膜燃料电池及电极性能优化研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 刘明良;单室薄膜固体氧化物燃料电池微堆性能影响因素研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 刘明良;单室薄膜固体氧化物燃料电池微堆性能影响因素研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 刘明良;单室薄膜固体氧化物燃料电池微堆性能影响因素研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 陈步明;新型节能阳极材料制备技术及电化学性能研究[D];昆明理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 魏五星;磷酸铁锂动力电池组性能测试与分析[D];武汉理工大学;2010年
6 李连和;相转化法制备锥管状阳极支撑固体氧化物燃料电池及其性能研究[D];华南理工大学;2010年
7 李连和;相转化法制备锥管状阳极支撑固体氧化物燃料电池及其性能研究[D];华南理工大学;2010年
8 啜保昌;基于最大功率跟踪技术的WSN智能供电系统研究[D];北京林业大学;2010年
9 张振宇;固体氧化物燃料电池阳极材料锶、锰掺杂铬酸镧的制备和性能研究[D];吉林大学;2010年
10 梁昌杰;混合动力车用镍氢电池组散热性能CFD仿真与试验研究[D];重庆大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 周末;常熟产小电池创出五项世界第一[N];江苏经济报;2011年
2 ;电池“发高烧” 惠普急召回[N];中国电脑教育报;2011年
3 本报记者 安丽敏;角逐电动“芯”电池业盘点[N];中国商报;2011年
4 四川 李德鹏;谈故障可充电池组的测试和维修[N];电子报;2006年
5 ;台达NT系列UPS共享电池组解决方案[N];电脑商报;2008年
6 辽宁 丁宁;使用UPS十点注意[N];电脑报;2003年
7 ;自呼吸直接甲醇燃料电池研发成功[N];中国技术市场报;2010年
8 无影手;UPS电池的维护[N];电脑报;2004年
9 杨裕生;“电极”与“电池”存储的能量别混淆[N];科技日报;2008年
10 三月阳光;保养UPS常用常新的锦囊[N];中国电脑教育报;2004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