一、Ni-YSZ金属陶瓷纳米复合粉末的研制(论文文献综述)
王强[1](2021)在《SOFC阳极侧微尺度界面优化及性能研究》文中研究表明固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是新能源领域具有相当应用前景的发电技术,实际运行中电功率密度偏低。本文主要通过探索新的电池制作工艺和材料制备方法来制备更高功率密度的SOFC,从界面优化和阳极微观改性两个微尺度来提升电池的电化学性能。实验采用了3D复刻法和压印法两种工艺制备具有非平整电极-电解质界面的燃料电池。结果发现:3D复刻法对打印设备要求苛刻,制备的电解质基片具有较大的热应力;压印法流程简单,借助孔网、以阶段式加压的工艺,成功制备得到微观表面形态平整、网格密度不同的YSZ电解质基片。电解质基片经涂覆Ni O-YSZ阳极和LSM-YSZ阴极,成功得到具有20目、30目、40目网格界面的单电池。电化学测试结果表明网格界面单电池性能随网格密度增大而增加,40目网格单电池的最大功率密度相比平整单电池在900℃、800℃下提升幅度约40%,尤其是甲烷燃料性能随网格增加更明显。对单电池阳极-电解质界面及阳极表面微观形貌分析,发现高密度网格单电池增加了阳极和电解质的接触面,同时电解质厚度减薄的面积也增大了,阳极印痕处表面呈现分布均匀的孔洞结构。这些微观微米级结构的变化增加了电化学的三相界面密度,减小了电解质的欧姆极化和阳极的浓差极化,提升了电池的电化学性能。微米级微观尺度的界面优化可以提高电池的输出性能。采用机械混合法、GNP法和模板浸渍法制备Ni基和Ni-Fe双金属阳极,并分析材料物相、相貌。发现GNP法制备了纳米级团簇的催化剂颗粒,硬模板法制备了高纯度的萤石结构YSZ丝状纤维,浸渍硝酸盐溶液、煅烧还原得到了纳米催化颗粒均匀附着在电解质骨架的复合阳极。各阳极与40目网格电解质制备的阳极半电池经孔隙分析发现,机械法制备的阳极材料具有有限的孔隙率和比表面积,结合GNP法制备的阳极粒径减小,其比表面积得以增加,硬模板法中YSZ复刻了活性炭纤维毡结构中的高比表面积,其浸渍得到的阳极具有高孔隙、高比表的特点。电化学性能测试发现Ni0.75Fe0.25Ox包覆YSZ阳极在900℃下H2、CH4的最大功率密度分别为359 m W/cm2和389 m W/cm2,在800℃下分别为263 m W/cm2和163 m W/cm2;与传统Ni O-YSZ阳极相比,同温度下H2发电性能超过73%、CH4超过68%;该阳极微观形貌质量较高,催化剂联结成多微孔网状结构,提供了更多的反应位点,增大了反应的三相界面。充分表明,硬模板法结合浸渍法可以制备高性能纳米级SOFC阳极。
王源慧[2](2021)在《直接氨燃料电池中的阳极催化剂的研究》文中认为固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料中的化学能高效转化电能的能源转化装置,具有高效率、低排放、燃料适用性广等优点,在分布式发电、制氢储能、车辆船舶增程供电等领域有广泛的应用前景。氢能是我国能源发展战略的重要方向。然而现阶段氢气的规模化储存和运输技术尚未成熟,相关基础设施建设欠缺,且纯氢燃料成本仍然较高,限制了氢能产业的推广。氨气极易被压缩,含氢量高(17.8 wt%),是一种低成本的无碳燃料。相比于纯氢燃料,液氨在生产、运输和安全等方面有着很大的优势。SOFC各部件在一定浓度的氨气中具有很好的化学稳定性,且SOFC工作温度(600~800℃)与氨气催化分解温度(>400 ℃)重合,因此SOFC可以直接以氨气高效发电。前期报道已经证实了氨燃料SOFC具备较好的发电性能,而其长期耐久性和热循环稳定性相关研究很少。在SOFC以氨气发电时,氨气进入阳极材料,发生催化分解反应与电化学反应。因此影响NH3-SOFC性能与耐久性的关键在于阳极材料。传统的SOFC阳极通常为Ni基陶瓷材料,当氨气进入SOFC时首先在阳极热分解为氢气和氮气,产生的氢气参加电化学反应并产生电能。由于氨气在传统的Ni基阳极的氨分解催化活性不高,进入阳极的氨气会与Ni金属发生氮化反应,不仅使阳极的催化活性降低,而且会破坏阳极的微观结构,最终使电池性能迅速衰减。因此,提高阳极的氨分解催化活性是改善氨燃料SOFC性能和耐久性的十分重要的环节。为了推动NH3-SOFC的实用化,本论文以提升其性能与耐久性为目标,主要围绕氨燃料SOFC阳极的氨分解催化特性、电化学特性、耐久性开展研究,主要内容与结论可分为以下四部分:(1)以Y2O3-ZrO2(YSZ)体系的商用平管式对称SOFC(Double cathode flat-tude solid oxide fuel cell,DSC)为研究对象,系统研究其在氨燃料条件下,燃料种类、燃料流量、温度、运行工况等因素对DSC发电性能和耐久性的影响。DSC较厚的阳极支撑体(0.49 mm)和电极结构使其具有的较高的结构强度,可以抵抗高温SOFC工作条件下的氧化还原环境。同时DSC特殊的中空孔道结构,可为氨气提供一个内反应器,从而使氨气在阳极孔道内高效分解。当DSC通入氨气燃料时,在750℃下的阳极氨转化率为83%,其对应的电池性能为:0.8 V的电压下的功率密度为195 W cm-2,与同等条件下的氢气燃料的功率密度基本接近(198 W cm-2)。随着温度的降低,阳极氨转化率降低,且氨气与氢气的电池性能差异随温度的降低而增加。我们也探讨了氨气流速对电池性能的影响,实验结果发现氨气流速越快,阳极氨转化率越低,电池性能降低。同时对氨气燃料下的DSC在750℃下进行120h的恒流放电耐久性测试,电池电压未发现明显的衰减。此外,对以氨为燃料的DSC在550~750℃之间进行热循环测试,结果表明氨燃料DSC在经历连续15次的热循环测试后,氨燃料电池性能未出现明显的变化。与传统的平板式SOFC相比,以氨气为燃料的DSC的热循环稳定显着提高,更符合SOFC的实际运行工况。另外,通过建立基于DSC真实结构的三维多场耦合数值计算模型对DSC内部的氨分解过程进行模拟,可以发现DSC的特殊结构更有利于氨燃料SOFC的稳定运行。(2)发展在低温区间(<600℃)具备高氨分解催化活性的催化剂。采用YSZ为原始材料通过一步浸渍法制备了Ni/Ba(Zr,Y)O3(Ni/BZY),系统研究了Ni/BZY催化剂中Ni、Ba含量以及烧结温度等因素对氨分解催化活性的影响。当Ni/BZY催化剂中Ni的含量为30 wt%,Ba的含量为20 wt%,烧结温度为900℃时,氨分解转化率在560℃可达到100%。从氨分解动力学分析表明Ni/BZY催化剂的氢气反应级数为-0.07,低于绝大多数Ni基催化剂,“氢中毒效应”被显着抑制从而表现出优异的氨分解催化活性。此外,由H2-TPR和TPD实验分析可得Ni与BZY之间存在较强的相互作用,且质子导体BZY具有一定的储氢能力,这对氨分解催化性能的提升也有很大的贡献。在上述实验的基础上,我们提出了从Ni到BZY载体的“氢溢流机制”。(3)为了进一步提高氨燃料SOFC阳极的氨分解催化活性,利用DSC电池的结构优势,在阳极中空孔道中直接内置氨分解催化剂,研究其在氨燃料下的电池性能和耐久性。在DSC中分别内置Ni/YSZ和Ni/BZY催化剂,在750℃下二者阳极的氨转化率分别为100%和95%,其对应的氨燃料电池性能与氢燃料电池性能基本相等。然而在650℃,DSC内置Ni/BZY催化剂的阳极氨转化率和电池性能高于显着高于内置Ni/YSZ催化剂。同时相比于DSC未放置催化剂,DSC内置Ni/BZY催化剂表现出优异耐久性。此外我们对DSC内置催化剂的氨分解催化过程进行模拟,相比于未加催化剂的DSC,电池内部的温度场和浓度场发生明显变化。此研究表明DSC内置催化剂可以作为一种高效便捷的方法去提高阳极氨分解活性,进而提升氨燃料电池性能和耐久性,对碳氢燃料SOFC以及SOFC电解等领域具有借鉴意义。(4)针对DSC的独特阳极结构,通过原位浸渍法在多孔Ni/YSZ阳极表面合成BZY相以增强其催化性能。在Ni/YSZ阳极表面浸渍不同含量的Ba并高温烧结。系统研究了合成制备参数对阳极微观结的影响,并考察了Ba修饰的Ni/YSZ在氨气和甲烷燃料条件下的性能与长期耐久性。结果表明当Ba含量为3 wt%时,在Ni/YSZ阳极表面生成BZY相;相比于未改性的Ni/YSZ,3%Ba-Ni/YSZ阳极在氨燃料下催化性能大幅提升(83%→95%@750℃)。同时随着Ba含量增加至6 wt%,阳极氨分解催化活性和电池性能降低,这是由于过多的Ba破坏了Ni/YSZ的阳极结构。以3%Ba-Ni/YSZ为阳极的DSC氨气燃料下的耐久性优于Ni/YSZ阳极,在350 h内电池性能几乎无衰减。另一方面,3%Ba-Ni/YSZ为阳极的DSC在干甲烷燃料中阳极催化活性增强,在750℃下甲烷转达率达到了100%,且在750℃和150m A cm-2的恒定电流密度下使用纯甲烷燃料可以稳定发电40 h,电池表现出优异的抗积碳性性能。通过密度泛函计算(DFT)分析氢气在3%Ba-Ni/YSZ材料表面的吸/脱附特性。计算结果表明,Ni/BZY和Ni/YSZ体系相比较,氢气和氨气在BZY载体表面的吸附能高于在YSZ或者Ni表面的吸附能。同时,氨分解动力学结果表明3%Ba-Ni/YSZ阳极的氢气反应级数(-0.08)小于Ni/YSZ阳极(-1.05)。以上结果有力支持了我们提出的氢溢流假说,即氢从Ni向BZY载体的“溢流效应”减少了其在Ni表面的吸附,从而抑制了Ni催化剂表面的氢中毒效应,提升了对脱氢反应的催化活性。
李翊宁[3](2020)在《探究Cu引入对SOFCs阳极(Ni-YSZ)机械及电化学性能影响》文中研究表明固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种直接将燃料的化学能转换为电能的高效电化学装置,目前需要解决的几个主要问题为:(1)降低固体氧化物燃料电池的制备与工作温度;(2)解决电池以碳基燃料为反应气运行时阳极积碳问题;(3)开发性能更加优异的新型电极材料以满足电池更加苛刻的运行条件。在本论文中,针对上述问题,我们将分别对SOFC的低温化烧结技术和相应产生的阳极抗积碳能力以及开发一种新型的阳极材料进行了系统的研究。第一部分,在本部分工作中,首先,我们证明了适量的CuO作为烧结助剂可以成功地将常规微米级NiO-YSZ(钇稳定的氧化锆(Y2O3)0.08(ZrO2)0.92)阳极的共烧温度从大约1400℃降低至仅1100℃。其次,综合评估了含CuO的复合阳极材料的机械强度(低温烧结能力)与YSZ电解质致密化之间的定量构效关系。在1100℃烧结的8%CuO-和10%CuO-52NiO-40YSZ阳极与在1400℃烧结的NiO-YSZ阳极长条样品具有相当的机械强度。其次,以甲烷气为燃料气,对电池的抗积碳能力进行长期稳定性测试。我们发现,添加适量CuO制备的电池在800℃分别以氢气和甲烷气为燃料气的最大输出功率密度达到了524 mW cm-2和345 mW cm-2。通过综合评估,8%CuO-52NiO-40YSZ(8%CuO-NiO-YSZ)复合材料用作阳极支撑体时具有优异的低温烧结能力、高机械强度、最佳的功率输出和具有优异的抗积碳性能。第二部分,开发了一种具有H+/O2-/e-共传导机制的高效中温SOFCs催化剂,本工作通过对La2Ce2O7进行改性,在提升其固有质子导电性能的基础上,通过引入高效的电子、氧离子导电,构筑H+/O2-/e-三载流子共传输机制,用作SOFCs阳极催化层,达到提升对燃料催化能力的目的。首先证明了La2CePrO7的晶体结构类型以及内部离子价态。其次,对于La2CePrO7材料H+/O2-/e-电导率进行评估。在空气和H2气氛下,以直流四端法测试La2CePrO7在不同温度下的总电导率。假定La2CePrO7为纯离子导体,理论计算N2/Ag|La2CePrO7|Ag/空气电池的开路电压随温度的变化关系;组装上述模型电池,测试在不同温度下其实际开路电压,并与理论计算值相比较,得到电子与离子迁移率的比例。加之四端法测量的总电导率,从而计算得出La2CePrO7在不同温度下的电子电导率。再对氧离子/质子(O2-/H+)透过率进行评估,基于气体分离技术,制备La2CePrO7致密陶瓷片,分别在O2、H2下测试透氧量及透氢量,论证其O2-、H+透过率,辅证O2-、H+传输;基于电化学阻抗谱技术,对La2CePrO7陶瓷片组装对称半电池,测试在不同的水分压下的电阻变化量,论证水蒸气对材料H+电导率的影响。最终,对材料的催化性能进行评估,并将材料成功应用在了固体氧化物燃料电池中,以氢气为燃料气在800℃时其最大功率密度达到了686 mW cm-2。
许泽桐[4](2020)在《氮离子陶瓷膜反应器及合成氨研究》文中指出致密的陶瓷透氧材料在中高温条件下具有混合电导,即能够同时传导氧离子和电子,因而具有一定的透氧能力,在中高温涉氧过程具有潜在的广泛应用。与此同时,过渡金属氮化物(TMNs)陶瓷由于具有特殊的物理化学性质,在理论和实际应用两方面都有着极高的研究价值,所以过渡金属氮化物陶瓷材料在多项领域有着广泛研究,如催化领域,能量转换储存材料,磁性及超导材料等方面。氨是制造化肥和生产及合成其他化工产品的重要基础性原料,目前氨的生产主要来源于Haber-Bosch工艺,然而该过程约占2%的全球能源使用量,所以开发低能耗的固氮新方法是非常必要的。综上,本文研究重点在于结合以上三者,即高温透氧,过渡金属氮化物以及合成氨,探索氮离子陶瓷膜反应器及合成氨研究,希望开发出更加节约能源的常压合成氨催化剂。对于二氧化碳的利用也是当下的研究热点。以上两部分工作可以理解为对能源的节流和开源,具有实际的探索意义。故此,本文的开展的工作如下,一是氮离子陶瓷膜反应器及合成氨研究,二是固体氧化物电解池电解二氧化碳研究。(1)采用氨解法,以氧化物为原材料,加热条件下氮化得到所需的氮化物,而后采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)系统烧结出一系列致密的过渡金属氮化物陶瓷膜材料(氮化钛,五氮化四铌,氮化二钼)。(2)经实验证明,致密的过渡金属氮化物陶瓷膜在密封状况良好、膜两侧存在氮分压差的中高温条件下,具有一定的透氮能力。此外,由于过渡金属氮化物通常被认为是“间隙合金”,即氮原子进入过渡金属晶格中形成的化合物,所以过渡金属氮化物是典型的离子化合物,因此本文在概念上采用类比的方法,将烧结出的过渡金属氮化物陶瓷膜称为氮离子渗透膜,并作为氮离子膜反应器用于合成氨研究。由于使用含氮材料用于合成氨研究,为了探索氮元素的来源,使用了同位素示踪法,结果证明合成的氨中的氮来源于进气的15N2。650℃下,当使用氮化铌为氮离子膜反应器时,其氮气渗透能力达到0.025 ml·min-1·cm-2,氨的合成速率为3.1μmol·h-1·cm-2,并且在10小时内氨的合成速率保持稳定。(3)制备出了钙钛矿型氧化物LSCM(La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ)陶瓷电极,并进行了修饰:其一采用浸渍的方式将镍铜合金负载在LSCM电极上,并通过氢气还原浸渍后的LSCM,均匀地将镍铜合金以金属纳米颗粒的形式负载在LSCM电极表面。其二采用A位缺陷B位掺杂的策略在B位掺杂了镍、铜以及镍铜合金,并经氢气还原后也能将镍、铜、镍铜合金通过原位脱溶以金属纳米颗粒的形式均匀地负载到LSCM电极上。原位脱溶镍铜合金修饰的LSCM电极在850℃、2 V时,电解CO2产生CO的速率为3.8 ml·h-1·cm-2,并且在经过100小时的长期运行后的性能衰减可以忽略不计。
吴昊[5](2020)在《以褐煤为燃料的直接碳固体氧化物燃料电池的制备和性能研究》文中认为纵观全球,能源危机和环境污染问题日益严重,传统的燃煤火力发电的方式会排放大量的温室气体,并且在世界某些地区会面临着排放权限制以及社会认可度下降等挑战。这些迫使我们寻找和开发煤炭等化石燃料清洁利用的新技术,而直接碳固体氧化物燃料电池(Direct carbon solid oxide fuel cell,DC-SOFC)就是能源清洁利用解决方案之一。DC-SOFC是以氧离子导体为电解质的全固态结构的直接碳燃料电池(Direct carbon fuel cell,DCFC),是一种可将固体碳作为燃料通过电化学氧化的方式直接高效转化为电能的能量转换装置。本论文围绕以褐煤资源在直接碳固体氧化物燃料电池中的实际应用而展开,探究以云南宣威褐煤作为DC-SOFC燃料的可行性,并且在提高其输出性能方面做了系列的研究,为褐煤等煤炭资源在发电领域的高效清洁利用提供了新的途径。相关的研究结果如下:首先,对以褐煤为燃料的DC-SOFC可行性进行了分析并对其反应机理进行了初步的研究。使用纳米Al2O3掺杂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)作为电解质并用Ag-Gd0.1Ce0.9O2-δ(Ag-GDC)金属陶瓷基复合材料作为对称催化剂电极,制备了具有Ag-GDC/YSZ/Ag-GDC对称电极结构的DC-SOFC单电池。在850°C的温度下分别用原始褐煤和热解褐煤碳作为燃料,电池的最大输出功率密度可分别达到211.4和221m Wcm-2。此外,当以热解褐煤碳为燃料的DC-SOFC在0.1 A的恒定电流下运行时,显示出了稳定的放电电压和平台,其燃料利用率达到了61.5%。进一步分析表明,直接褐煤燃料电池的优越性能和高燃料利用率归因于复合Ag-GDC电极的高效催化活性,同时燃料本身含有天然的Ca等碱土金属,对逆Boudouard反应起到了很好的催化作用。然后,通过研究生物质碳燃料,我们发现了新型的自然担载逆Boudouard反应催化剂的生物质材料,并对热解褐煤碳燃料进行了优化处理。通过热解的方式获得了多孔生物质碳,将其掺杂到褐煤碳燃料中,改善褐煤本身的电化学氧化特性,并有效地提升了以褐煤为燃料的DC-SOFC的输出性能。以生物质海带碳掺杂的褐煤碳为燃料,在800和850℃时的最大输出功率密度可分别达到181.2和296.4 m W cm-2,相比于单一的以热解褐煤为燃料的电池的性能有很明显的提升。天然的海洋生物质可以为DC-SOFC燃料侧提供优异的逆Boudouard反应催化剂成分,这为今后的研究提供了新的思路。综上,通过优化传统煤炭化石燃料,适配合适的电池材料并积极寻找高效的直接煤炭固体氧化物燃料电池催化剂依然是提高其性能最直接有效的方式。本文从褐煤的热解,天然生物质碳与褐煤碳复合燃料的制备,以及以褐煤为燃料的直接碳固体氧化物燃料电池性能的优化等进行了系统的研究,为褐煤等煤炭资源的清洁高效利用提供了理论基础,实验依据及技术储备。
刘辉[6](2020)在《Cu/Ni-LSCM阳极制备及其甲烷干重整性能研究》文中研究指明固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料与氧化剂中的化学能直接转换成电能的全固态装置,具有环境友好,能量转换效率高和应用形式灵活等特点,是极具发展前景的能源转换技术。为保证电池阳极与电解质界面有良好的催化性能,采用多孔阳极材料Cu/Ni-LSCM以及高电导率的电解质La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)制作半电池是一种好的技术路线。本论文研究了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)阳极粉末以及用浸渍法制备的Cu/Ni-LSCM复合阳极材料。探讨了浸渍次数,Ni/Cu原子质量比对阳极材料性能的影响。利用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫面电镜(FE-SEM)、能谱分析(EDS)、程序升温还原(H2-TPR)、比表面积(BET)、孔隙率测试(PT)、电导率测试(CT)以及交流阻抗测试(EIS)等测试手段对阳极材料的性能进行表征分析,研究结果如下。采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ阳极粉末,实验结果表明所合成的LSCM为钙钛矿结构,且用甘氨酸-硝酸盐法合成的LSCM的比表面积比用固相法合成相对较大。采用浸渍法制备了Ni、Cu原子质量比3:1~6:1的Cu O/Ni O-LSCM复合阳极支撑片及Cu O/Ni O-LSCM粉末,具有良好的导电性和催化活性。采用8wt%淀粉作为造孔剂,在10MPa的制片压力条件下,用压片机制得的LSCM阳极支撑片比表面积较大以及微观结构较好,研究了四种不同Ni、Cu原子质量比下浸渍三次的Cu/Ni-LSCM的形貌以及表面Cu-Ni合金的粒径分布。采用固相法制备LSGM,空气气氛下1450℃连续烧结15h制备LSGM,丝网印刷制备LSGM基LSCM阳极功能层和LSGM电解质层。丝网网格的大小对薄膜层的形貌有一定的影响,相比于200和250目,300目下印刷的薄膜比较致密,效果比较好。LSGM基LSCM的阳极在1200℃和1300℃条件下分别烧结2h,SEM结果表明1200℃烧结2h是较好的制备LSGM阳极薄膜的条件,最终成功地制备了Cu O/Ni O-LSCM/LSGM-LSCM/LSGM半电池。研究Ni、Cu原子质量比为3:1~6:1浸渍三次的Cu O/Ni O-LSCM粉末在600/700℃对甲烷干重整的催化效率。BET的表征结果表明在650℃H2气氛下还原前后的Cu O/Ni O-LSCM的比表面积在5:1条件下最高,分别为18.373m2/g和10.797m2/g,还原后的比表面积有所减小。Cu/Ni-LSCM在600/700℃连续催化4h,相比于700℃,600℃下的甲烷转化率明显较低,最大值分别为69.10%,89.00%。在700℃下连续催化16h,在催化过程中没有观察到催化剂失活,5:1下催化剂对甲烷干重整的催化效果最好且甲烷的转化率最高为88.56%。
田文涛[7](2019)在《以碳氢化合物为燃料的固体氧化物燃料电池性能研究》文中进行了进一步梳理固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效无污染、低成本和可持续的能源转换装置,发展SOFC是解决人类能源危机的有效途径之一。本文针对以碳氢化合物为燃料的SOFC关键材料、结构以及性能进行了研究,具体研究内容如下:对比了SDC(Ce0.8Sm0.2O1.9)、NSDC(Ce0.8Sm0.2O1.9-20%Na2CO3)、GDC(Gd0.9Sm0.1O1.95)、NGDC(Gd0.9.9 Sm0.1O1.95-20%Na2CO3)四种氧化铈基电解质四种电解质电池的放电性能,在T=823K,使用氢气作为燃料时,NSDC电解质电池最大功率密度可达450mW/cm2。研究了LCNC(Li1.2Co0.2Ni1.5Cu0.1O3)含量对NSDC电解质电池放电性能的影响,在T=823K,使用氢气作为燃料时,以1:3质量比组成的LCNC-NSDC复合电解质电池功率达到了520mW/cm2;在0.45A/cm2恒定电流工作状态下能稳定工作超过6.6h;使用甲醇水溶液作为燃料时,该电池的最大功率密度达到了51.6mW/cm2,工作稳定时间超过5.8h。在T=823K,使用甲醇水溶液作为燃料,含有GNDC功能层的1:3 LCNC-NSDC复合电解质电池最大功率密度可达74mW/cm2;比较了不同厚度的GNDC功能层和不同体积分数的甲醇燃料对该电池放电性能影响,发现该电池的最大功率密度随着功能层厚度增加而降低,随着甲醇含量升高而提高。利用COMSOL 5.4软件构建了以甲醇重整气为燃料的SOFC三维模型。在不同的工作电压下,氧气浓度在空气流道和阴极反应层内均沿着流动方向呈梯度分布并逐渐减小,在电极内部中间区域氧浓度高于两侧浓度;电解质和电极内电流密度分布与氧浓度分布保持一致。改变模型参数进行了研究发现,提高空气流速会改善流道末端缺氧状况,但流速过高会在流道末端形成涡流,电池最大功率密度随着流速提高而增大,但增长幅度在减小,该模型依靠流速获得的最大功率密度约为173mW/cm2;功率密度随着工作温度的升高而变大,增幅随着温度提高而增大,在T=873K时可达195mW/cm2;电池性能随着孔隙率的升高逐渐增大,电池功率密度在ε=0.6时达到173mW/cm2;孔隙率越低,受到浓差极化影响越明显。
于雯珺[8](2019)在《H2/CO为燃料的中温固体氧化物燃料电池Ni基阳极制备及改性研究》文中认为固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高能量转化效率、高燃料灵活性、低污染的环境友好型电力发电系统,越发引起世界各国的关注。H2/CO混合气是燃料电池主要的反应活性气体,因此研究H2/CO比例组成等对阳极性能的影响十分必要。Ni基阳极凭借高催化活性、高输出性能一直受到青睐,但易团聚、易积碳的问题是Ni基阳极燃料电池广泛应用的重要障碍,因此选择Ni基阳极进行改性。本文详细探索了电解质支撑Ni-YSZ/SSZ/LSM单电池的制备工艺;并系统地研究了以H2/CO燃料气对Ni基阳极电池性能的影响;并通过掺杂Fe/Cu/Mg等金属对Ni基阳极进行改性,以期改善电池的输出性能及抗积碳性能。本文主要包括以下三部分内容:(1)采用流延法制备SSZ电解质,丝网印刷法涂覆电极材料,确定了优化的Ni-YSZ阳极制备的关键工艺参数:NiO:YSZ(mass%)为6:4,纳米NiO:微米NiO颗粒(mass%)为1:1,造孔剂:活性物质(mass%)为3:20,烧结温度为1350℃,最终得到表面平整无裂纹,结构均匀的阳极。(2)探索了电池的输出性能的影响因素,发现电池输出性能与温度、阳极进气流量及H2/CO比呈正相关,与稀释气N2浓度呈负相关。当H2/CO进气比例为3:1时电池功率特性和稳定性最好。综合放电性能、安全性等因素,得到最佳工艺条件为:工作温度800℃,阳极进气流量为250mL/min,N2浓度20%,H2/CO比例为3:1。(3)研究了高温固相法制备的Ni1-xFex-YSZ(x=0.15,0.2,0.25,0.3)、Ni1-xCux-YSZ(x=0.05,0.1,0.15,0.2)双金属阳极单电池、Ni0.9Cu0.1-xMgx-YSZ(x=0.005,0.01)三金属阳极单电池,表征其微观结构和性能。分析结果表明:向Ni-YSZ阳极材料掺杂Fe/Cu/Mg后,可有效抑制阳极金属相晶粒的粗化,并未对阳极材料的热膨胀特性产生明显的不利影响,有效提高材料的电导率,降低电池的极化阻抗,提高放电功率的同时显着改善了电池的长期稳定性和抗积碳性能。其中Ni0.9Cu0.1-YSZ阳极电池的电化学性能最好,最大功率密度可达到310.1mW/cm2。
张永亮[9](2019)在《甲烷燃料可逆固体氧化物电池性能及稳定性优化研究》文中研究表明固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)具有效率高、污染少及可模块化的优点,可在不同运行模式下实现发电、制氢及CO2转化等功能。将技术较为成熟的Ni/YSZ支撑型纳米阴极电池(一体化电池)应用于碳基燃料发电及储能领域,对于解决日益严峻的能源及环境问题意义重大。但是一体化电池仍然存在诸如电极在不同运行模式下的稳定性及电解模式下电能消耗较高的问题,本文将一方面针对一体化电池存在的问题开展电极稳定性及电池结构优化,另一方面基于优化的电池结构探索其不同的运行模式。首先,从简化电池制备流程角度出发,提出一体化电池抗积碳稳定性优化方案,研究La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)、La0.8Sr0.2Fe O3-δ(LSF)和Gd0.2Ce0.8O2-δ(GDC)修饰对Ni/YSZ电极性能和抗积碳稳定性的影响。结果表明,LSCF和LSF对Ni/YSZ电极性能不利,但是提高了其在CH4下的稳定性,主要是因为其防止积碳破坏三相界面及Ni颗粒,提高了电极微结构稳定性;GDC同时提高了Ni/YSZ的性能和稳定性,主要是因为其增强了电极三相界面活性并抑制了Ni表面积碳。然后,探索了抗积碳SOC在甲烷辅助电解运行模式(CH4-SOEC)。实验结果表明,对于H2/CO2混合气,Ni/YSZ电极易吸附H2分子,钙钛矿电极易吸附H2O/CO2分子;当两电极分别作为CH4-SOEC的阳极和阴极时,电池输出性能达到-0.4 A/cm2@0.4 V-750℃,优于已有研究中采用的对称电极结构电池;相比于传统SOEC,其可降低电能消耗或提高产气速率,且可利用电解副产物O2。基于上述结论,发展了一体化电池循环储能运行模式,即在甲烷燃料SOFC发电和CH4-SOEC电解模式下循环运行,储能的同时实现CO2转化及制合成气。研究表明,电池在不同模式下具有很好的稳定性(400 h),GDC显着提高LSF电极在CO2和空气气氛下的循环再生性质;通过热力学方法对电池转化效率及储放电特性进行了评价,可为电池优化提供指导方向。最后,根据一体化电池在各个运行模式下存在的电极孔隙结构及稳定性问题,将力学性能更好的四方氧化锆多晶(TZP)应用于一体化电池的支撑层,对电池性能及稳定性进行了评价。上述研究有望拓展一体化SOC电池应用范围,有助于推动其走向实际应用。
彭炼[10](2019)在《阴极支撑SOFC的制备及其阳极改性研究》文中认为固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种能将燃料氧化反应释放的化学能直接转换成电能的全固态发电系统,其高能量转换效率、低污染和中低温(<800oC)下高燃料灵活性的优点,成为新能源方向研究的热点。传统SOFC在中低温下,不仅电功率密度降低,碳氢燃料气氛下,还易产生积碳现象,造成电池无法长期稳定运行。为了顺应SOFC中低温化和燃料适用广泛化的发展趋势,本文通过薄膜化电解质和对阳极结构进行改性与优化,研究新型电池在不同燃料气氛下的发电性能和阳极抗积碳能力,为SOFC的产业化发展提供帮助。实验中,通过单向轴压法制备复合阴极支撑体La0.6Sr0.4CoO3-(Ce0.90Gd0.10)O1.95,浆料旋涂法制备电解质La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ和缓冲层Sm0.2Ce0.8O1.9,共烧结成三合一基体,之后,在另一侧涂覆Ni基陶瓷阳极NiO-(Ce0.90Gd0.10)O1.95,制备适合中温条件下工作运行的阴极支撑SOFC。往阴极添加15wt%的造孔剂,测试单电池氢气下的电输出性能,发现添加地瓜淀粉、石墨粉、碳黑、面粉与PMMA和没添加造孔剂的单电池最大功率密度分别为580,579,539,535,507,410 mW/cm2,结合阴极孔隙率,比表面积,烧结收缩率的比较,石墨粉作造孔剂综合性能最佳。测试后的SEM表明,石墨粉造孔剂阴极表面具有均匀的大小孔径的孔隙分布,有利于电性能的提高。在阴极支撑SOFC的基础上,对Ni基陶瓷阳极进行改性与优化,对不同工艺手段制作的阳极进行发电性能与长期稳定性的比较,发现采用模板复刻结合液相浸润制作的Ni0.75Fe0.25Ox包覆GDC复合阳极具有最优异的性能。以多壁碳纳米管为模板制作的Ni0.75Fe0.25Ox包覆GDC复合阳极,高温氢气原位还原后,具有Ni-Fe合金固溶体颗粒紧紧包裹住蠕虫状GDC骨架的立体微观形貌。在氢气与干甲烷下,800oC,最大功率密度分别为736和413 mW/cm2,在湿乙醇(体积百分比C2H5OH:H2O=2:1)下,750oC取得278mW/cm2的最大功率密度值,氧化还原循环测试10h后,功率密度仅下降4.13%。在干甲烷与湿乙醇中恒流放电100 h后,单电池功率密度分别下降1.99%和4.08%,积碳量小于10%。测试试验后的微观形貌表征,说明Ni0.75Fe0.25包覆蠕虫状GDC复合立体阳极,拥有长直的气流通道,大小孔洞结合,纳米尺度的催化剂颗粒均匀分布,结合了多个活性位点与介孔结构的优点,拥有很大的阳极反应活性区域,提高了电池性能。往Ni0.75Fe0.25包覆蠕虫状GDC复合立体阳极添加碱金属氧化物,可以进一步提高阳极抗积碳能力。
二、Ni-YSZ金属陶瓷纳米复合粉末的研制(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Ni-YSZ金属陶瓷纳米复合粉末的研制(论文提纲范文)
(1)SOFC阳极侧微尺度界面优化及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
引言 |
1 绪论 |
1.1 燃料电池 |
1.1.1 燃料电池基础 |
1.1.2 燃料电池分类 |
1.2 固体氧化物燃料电池 |
1.2.1 SOFC工作原理 |
1.2.2 SOFC电动势分析 |
1.2.3 结构类型及特点 |
1.3 SOFC关键材料 |
1.3.1 电解质 |
1.3.2 阴极 |
1.3.3 阳极 |
1.3.4 连接体及密封材料 |
1.4 研究现状 |
1.5 本文研究内容 |
2 实验设备及分析方法 |
2.1 实验材料及仪器 |
2.2 材料表征及方法 |
2.2.1 X射线衍射 |
2.2.2 扫描电子显微镜 |
2.2.3 孔隙率与比表面积的测定 |
2.2.4 单电池I-V与I-P值测试 |
2.3 测试系统及方法 |
2.3.1 SOFC单电池反应结构 |
2.3.2 SOFC实验测试系统 |
2.3.3 SOFC实验测试系统的说明 |
3 界面优化SOFC的制备与性能研究 |
3.1 电解质基底制备 |
3.1.1 3D复刻 |
3.1.2 压印法 |
3.2 单电池制备 |
3.2.1 单电池阳极制备 |
3.2.2 单电池阴极制备 |
3.3 单电池性能测试与分析 |
3.3.1 阳极还原测试 |
3.3.2 各单电池测试 |
3.3.3 测试数据分析 |
3.4 单电池的表征与分析 |
3.4.1 单电池截面 |
3.4.2 阳极截面与表面 |
3.4.3 微观形貌综合分析 |
3.5 本章小结 |
4 改性阳极材料的制备与性能研究 |
4.1 阳极制备方法 |
4.1.1 机械混合法 |
4.1.2 甘氨酸-硝酸盐法 |
4.1.3 硬模板法 |
4.1.4 浸渍法 |
4.2 阳极改性单电池的制备 |
4.2.1 Ni基阳极粉体的制备 |
4.2.2 Ni-Fe双金属复合阳极粉体的制备 |
4.3 阳极材料分析与讨论 |
4.3.1 阳极粉体XRD |
4.3.2 阳极材料微观形貌 |
4.4 单电池制备及测试、表征 |
4.4.1 单电池的制备 |
4.4.2 阳极孔隙 |
4.4.3 单电池性能测试 |
4.4.4 单电池阳极表面形貌 |
4.4.5 单电池截面微观形貌 |
4.4.6 综合分析 |
4.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(2)直接氨燃料电池中的阳极催化剂的研究(论文提纲范文)
作者简历 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 氨燃料SOFC概述 |
1.2.1 氨燃料SOFC工作原理 |
1.2.2 氨燃料SOFC效率的热力学原理 |
1.2.3 氨燃料SOFC研究现状 |
1.3 氨燃料SOFC阳极材料 |
1.3.1 贵金属阳极 |
1.3.2 Ni/YSZ阳极 |
1.3.3 Ni/doped-CeO_2阳极 |
1.3.4 钙钛矿阳极 |
1.4 研究目的、意义与内容 |
1.4.1 研究目的和意义 |
1.4.2 研究内容 |
第二章 实验材料、实验设备和实验方法 |
2.1 实验材料、实验仪器和实验设备 |
2.2 实验的表征 |
2.2.1 X射线衍射 |
2.2.2 扫描电子显微镜 |
2.2.3 透射电子显微镜 |
2.2.4 聚焦离子束扫描电镜 |
2.2.5 H_2程序升温还原 |
2.2.6 H_2程序升温脱附 |
2.2.7 气相色谱仪 |
2.2.8 电池测试系统 |
2.2.9 电化学工作站 |
第三章 平管式对称NH_3-SOFC电池性能和耐久性 |
3.1 引言 |
3.2 实验过程 |
3.2.1 电池的制备 |
3.2.2 氨分解催化活性评价 |
3.2.3 DSC电池内氨气分解过程模拟 |
3.3 Ni/YSZ粉末的氨分解催化活性 |
3.4 以氨气为燃料的DSC电池性能 |
3.5 以氨为燃料的DSC的耐久性和热循环稳定性 |
3.6 氨气在DSC电池内的催化分解过程模拟 |
3.7 本章小结 |
第四章 Ni/BZY催化剂的开发及其氨分解反应机理研究 |
4.1 引言 |
4.2 Ni/BZY催化剂的制备 |
4.3 Ni/BZY催化剂的合成工艺 |
4.3.1 Ni含量对Ni/BZY催化剂合成的影响 |
4.3.2 Ba含量对Ni/BZY催化剂合成的影响 |
4.3.3 烧结温度对Ni/BZY催化剂的合成影响 |
4.4 Ni/BZY催化剂的氨分解催化性能 |
4.5 Ni/BZY催化剂的氨分解动力学研究 |
4.6 Ni/BZY催化剂的氨分解反应机理 |
4.7 本章小结 |
第五章 内置催化剂对NH_3-SOFC性能和耐久性的影响 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 电池的制备 |
5.2.2 DSC电池内置催化剂物理场模拟 |
5.3 DSC内置催化剂的氨燃料电池性能 |
5.4 DSC内置催化剂的氨燃料电池的耐久性 |
5.5 DSC内置催化剂的物理场模拟 |
5.6 本章小结 |
第六章 Ba-Ni/YSZ阳极对NH_3-SOFC性能与耐久性的影响 |
6.1 引言 |
6.2 实验和理论计算 |
6.3 Ba-Ni/YSZ阳极结构与微观形貌 |
6.4 Ba-Ni/YSZ阳极的氨燃料发电性能和耐久性研究 |
6.5 Ba-Ni/YSZ阳极的氢溢流效应 |
6.6 Ba-Ni/YSZ阳极的干甲烷燃料电池性能和耐久性研究 |
6.7 Ba-Ni/YSZ表面氢溢流效应的理论计算 |
6.8 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(3)探究Cu引入对SOFCs阳极(Ni-YSZ)机械及电化学性能影响(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 燃料电池概述 |
1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC) |
1.3 固体氧化物燃料电池的发展与研究现状 |
1.3.1 固体氧化物燃料电池的工作温度 |
1.3.2 固体氧化物燃料电池的结构 |
1.4 固体氧化物燃料电池关键材料 |
1.4.1 阳极材料 |
1.4.2 阴极材料 |
1.4.3 电解质材料 |
1.4.4 连接体和密封材料 |
1.5 研究意义与内容 |
第二章 实验制备方法及工艺流程 |
2.1 粉体制备方法 |
2.1.1 共沉淀法 |
2.1.2 溶胶凝胶法 |
2.1.3 固相法 |
2.2 单电池制备方法 |
2.2.1 流延法 |
2.2.2 干压成型法 |
2.2.3 丝网印刷法 |
2.2.4 滴涂法 |
2.3 材料表征以及性能测试方法 |
2.3.1 物相结构分析方法 |
2.3.2 扫描电子显微镜分析(SEM) |
2.3.3 直流四端法 |
2.3.4 极化曲线 |
2.3.5 阻抗谱 |
2.3.6 Zview拟合 |
2.3.7 DRT分析 |
2.3.8 TPO测试分析 |
2.3.9 H_2-TPR测试分析 |
2.3.10 醛的分解转化实验与结果分析 |
2.4 实验仪器与设备 |
第三章 CuO添加量对NiO-YSZ电池的影响 |
3.1 添加CuO后对于阳极材料的相组成的影响 |
3.1.1 材料的制备 |
3.1.2 材料的表征 |
3.2 NiO-YSZ阳极材料烧结制度的探究 |
3.3 在NiO-YSZ阳极材料中添加CuO后对其机械性能的影响 |
3.4 在NiO-YSZ阳极材料中添加CuO后烧结制度的探究 |
3.5 xCuO-(60-x)NiO-40YSZ|YSZ|LSM单电池性能的研究 |
3.6 本章小结 |
第四章 一种具有H~+/O~(2-)/e~-共传导机制的高效中温SOFCs催化剂 |
4.1 La_2CePrO_7 材料的制备及表征 |
4.1.1 La_2CePrO_7 材料的制备 |
4.1.2 La_2CePrO_7 材料晶体结构分析 |
4.1.3 La_2CePrO_7 材料的XPS以及相稳定性分析 |
4.2 La_2CePrO_7 材料电导率H~+/O~(2-)/e~-分析 |
4.3 La_2CePrO_7 材料催化性能分析 |
4.4 La_2CePrO_7 材料电池性能分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
(4)氮离子陶瓷膜反应器及合成氨研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
中文文摘 |
绪论 |
0.1 引言 |
0.2 合成氨的反应机理 |
0.2.1 电化学合成氨反应机理 |
0.2.2 工业合成氨反应机理 |
0.3 合成氨催化剂介绍 |
0.3.1 合成氨多相催化剂 |
0.3.2 常温常压电催化固氮催化剂 |
0.4 过渡金属氮化物 |
0.4.1 结构 |
0.4.2 性质 |
0.4.3 应用 |
0.5 固体氧化物电解池以及二氧化碳电解的研究现状 |
0.5.1 固体氧化物电解池工作原理 |
0.5.2 固体氧化物电解池电解二氧化碳的研究现状 |
0.6 选题的背景和意义及目的 |
第一章 实验方法与表征手段 |
1.1 原料粉体及氮离子陶瓷膜的制备 |
1.1.1 实验试剂 |
1.1.2 实验仪器 |
1.1.3 实验流程 |
1.1.4 实验步骤 |
1.2 样品表征手段 |
1.2.1 X射线衍射(XRD) |
1.2.2 X射线光电子能谱(XPS) |
1.2.3 X射线吸收精细结构谱(EXAFS) |
1.2.4 红外光谱(FT-IR) |
1.2.5 扫描电子显微镜(SEM) |
1.2.6 透射电子显微镜(TEM) |
1.2.7 电感耦合原子发射光谱 (ICP-AES) |
1.2.8 元素分析(EA) |
1.2.9 核磁共振(NMR) |
1.3 性能测试手段 |
1.3.1 热重分析(TGA) |
1.3.2 气相色谱(GC) |
1.3.3 电化学工作站 |
第二章 氮离子陶瓷膜反应器透氮研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 材料合成 |
2.2.2 测试条件和理论计算 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 XRD和组成分析 |
2.3.2 致密度和微结构分析 |
2.3.3 XPS分析 |
2.3.4 透氮性能分析 |
2.3.5 EXAFS分析 |
2.3.6 氮吸附解离计算分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 氮离子陶瓷膜反应器合成氨研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 材料合成 |
3.2.2 测试条件和理论计算 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 合成氨性能和同位素示踪分析 |
3.3.2 合成氨计算分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 LSCM复合阴极电解CO_2研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 材料合成 |
4.2.2 测试条件 |
4.2.3 电解池制备及电解CO_2 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 结构分析 |
4.3.2 元素价态分析 |
4.3.3 阴极微结构分析 |
4.3.4 氧气非化学计量和CO_2吸附分析 |
4.3.5 CO_2电解 |
4.3.6 电解池微结构分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
参考文献 |
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
个人简历 |
(5)以褐煤为燃料的直接碳固体氧化物燃料电池的制备和性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 概述 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 燃料电池 |
1.1.3 固体氧化物燃料电池 |
1.2 直接碳固体氧化物燃料电池 |
1.2.1 DC-SOFC简介 |
1.2.2 DC-SOFC的基本机理 |
1.2.3 DC-SOFC中的热效应 |
1.2.4 DC-SOFC的关键材料 |
1.2.5 DC-SOFC支撑结构及其制备方法 |
1.2.6 DC-SOFC燃料的发展 |
1.3 国内外煤炭资源的利用情况 |
1.4 本论文研究的意义及内容 |
第二章 实验试剂、仪器及分析测试方法 |
2.1 实验仪器与试剂 |
2.1.1 实验仪器与规格 |
2.1.2 实验试剂 |
2.2 材料的表征及方法 |
2.2.1 X射线衍技术(XRD) |
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.2.3 能量色散X射线光谱(EDS) |
2.2.4 共焦显微拉曼光谱(Raman) |
2.2.5 热重分析(TGA) |
2.2.6 BET比表面积测试(BET) |
2.3 电化学性能的测试 |
2.3.1 电池的组装 |
2.3.2 开路电位测试 |
2.3.3 线性扫描伏安测试 |
2.3.4 交流阻抗测试 |
2.3.5 恒电流放电测试 |
第三章 以褐煤为燃料的DC-SOFC的可行性研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 燃料的预处理 |
3.2.2 DC-SOFC的制备 |
3.2.3 电池的组装和测试 |
3.3 燃料的结构与形貌研究 |
3.3.1 燃料显微组织和成分分析 |
3.3.2 燃料组分晶体结构表征 |
3.3.3 燃料热稳定性和氧化性分析 |
3.4 DC-SOFC电池单体的微观结构特征 |
3.5 DC-SOFC的电化学性能 |
3.6 本章小结 |
第四章 以生物质海带碳掺杂的褐煤为燃料的DC-SOFC性能研究 |
4.0 引言 |
4.1 实验方法 |
4.1.1 燃料的制备和处理 |
4.1.2 电池的制备、组装和测试 |
4.2 燃料的结构与形貌研究 |
4.2.1 燃料的显微组织和和成分分析 |
4.2.2 燃料的组分晶体结构表征 |
4.2.3 燃料氧化性分析 |
4.3 DC-SOFC电池单体的微观结构特征 |
4.4 DC-SOFC的电化学性能 |
4.5 放电测试后燃料残余及电池形貌表征 |
4.6 本章小结 |
第五章 结论及展望 |
5.1 本论文研究结论 |
5.2 本论文创新点 |
5.3 对未来工作的展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(6)Cu/Ni-LSCM阳极制备及其甲烷干重整性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 燃料电池简介 |
1.1.1 燃料电池的分类 |
1.1.2 燃料电池的特点 |
1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC) |
1.2.1 SOFC的工作原理 |
1.2.2 SOFC的结构类型以及特点 |
1.2.3 SOFC关键组成材料 |
1.2.3.1 阳极材料 |
1.2.3.2 电解质材料 |
1.2.3.3 阴极材料 |
1.2.3.4 互连接材料 |
1.3 国内外固体氧化物燃料电池的发展历程 |
1.3.1 国外SOFC的发展历程 |
1.3.2 国内SOFC的发展历程 |
1.4 甲烷干重整反应及其催化剂的研究进展 |
1.5 本论文的研究意义与内容 |
第二章 实验 |
2.1 实验药品及设备 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 表征方法 |
2.2.1 场发射扫描电镜(Field Emission Scanning Electron Micrograph, FE-SEM ) |
2.2.2 X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD) |
2.2.3 X射线能谱分析(Energy dispersive spectroscopy, EDS) |
2.2.4 比表面积(Brunner-Emmet-Teller, BET) |
2.2.5 孔隙率测试(Porosity Test, PT) |
2.2.6 热重分析(Thermodynamic analysis, TG) |
2.2.7 程序升温还原(Temperature Process Reduction,TPR) |
第三章 CuO/NiO-LSCM复合阳极支撑片的制备及表征 |
3.1 引言 |
3.2 实验 |
3.2.1 GNP法制备LSCM |
3.2.2 多孔LSCM阳极支撑片的制备及孔隙率的测试 |
3.2.3 浸渍法制备CuO/NiO-LSCM复合阳极 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 LSCM和淀粉混合粉末的TGA表征结果 |
3.3.2 CuO/NiO-LSCM和Cu/Ni-LSCM阳极的XRD表征结果 |
3.3.3 CuO/NiO-LSCM阳极支撑体的FE-SEM表征结果 |
3.4 本章小结 |
第四章 CuO/NiO-LSCM/LSGM-LSCM/LSGM半电池制备 |
4.1 引言 |
4.2 实验 |
4.2.1 固相法制备LSGM |
4.2.2 电极和电解质层薄膜的制备方法 |
4.2.3 CuO/NiO-LSCM/LSGM-LSCM/LSGM半电池的制备 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 LSGM电解质粉末的XRD表征结果 |
4.3.2 LSGM与LSCM化学相容性分析 |
4.3.3 烧结温度以及丝网网格大小对阳极功能层和电解质层的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 Cu/Ni-LSCM对甲烷干重整催化性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验 |
5.2.1 LSCM阳极粉末的合成 |
5.2.2 浸渍法制备CuO/NiO-LSCM复合阳极粉末 |
5.2.3 H_2还原制备Cu/Ni-LSCM复合阳极粉末 |
5.2.4 甲烷干重整 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 LSCM、CuO/NiO-LSCM以及Cu/Ni-LSCM复合阳极粉末的XRD表征结果 |
5.3.2 浸渍法制备的CuO/NiO-LSCM的H2-TPR表征结果 |
5.3.3 浸渍法制备的CuO/NiO-LSCM与Cu/Ni-LSCM的XPS表征结果 |
5.3.4 浸渍法制备的CuO/NiO-LSCM与Cu/Ni-LSCM的BET表征结果 |
5.3.5 Cu/Ni-LSCM的FE-SEM与EDS表征结果 |
5.3.6 Cu/Ni-LSCM对甲烷干重整的催化性能分析 |
5.3.6.1 4小时催化测试结果 |
5.3.6.2 16小时催化测试结果 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 论文新颖之处 |
6.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 攻读硕士学位期间的学术成果 |
(7)以碳氢化合物为燃料的固体氧化物燃料电池性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 SOFC电池特性 |
1.2.1 SOFC工作原理 |
1.2.2 SOFC电池性能 |
1.2.3 SOFC结构 |
1.3 固体氧化物燃料电池关键材料 |
1.3.1 电解质材料 |
1.3.2 电极材料 |
1.3.3 密封材料 |
1.4 国内外研究现状及发展趋势 |
1.4.1 国内外研究现状 |
1.4.2 存在问题及发展趋势 |
1.5 本文课题研究目的和研究内容 |
1.6 本章小结 |
第二章 材料制备与表征 |
2.1 实验材料和设备 |
2.1.1 化学试剂 |
2.1.2 实验仪器及设备 |
2.2 电池制备 |
2.2.1 电解质的制备 |
2.2.2 电极材料制备 |
2.2.3 阳极功能层制备 |
2.2.4 电池压制 |
2.3 材料表征和分析方法 |
2.3.1 物相分析方法 |
2.3.2 形貌表征方法 |
2.4 燃料电池性能测试方法 |
2.4.1 试验台搭建 |
2.4.2 测试方法 |
2.5 本章小结 |
第三章 氧化铈基碳酸盐复合电解质电池性能分析 |
3.1 |
3.1.1 XRD表征分析 |
3.1.2 微观结构分析 |
3.2 实验结果分析 |
3.2.1 纯氧化铈基电解质电池性能对比 |
3.2.2 LCNC-NSDC复合电解质电池性能 |
3.2.3 使用甲醇燃料的复合电解质电池性能 |
3.3 含有阳极功能层电池放电性能研究 |
3.3.1 含有GDC和 GNDC阳极功能层电池性能 |
3.3.2 阳级功能层厚度对电池放电性能影响 |
3.3.3 甲醇燃料浓度对电池放电性能影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 燃料电池的模拟仿真 |
4.1 模型假设及参数设定 |
4.2 数学建模 |
4.2.1 甲醇重整反应 |
4.2.2 电荷平衡方程 |
4.2.3 电化学动力学模型 |
4.2.4 质量平衡方程 |
4.2.5 动量守恒方程 |
4.2.6 能量守恒方程 |
4.3 模型的构建与验证 |
4.4 本章小结 |
第五章 数值模拟结果分析 |
5.1 模型有效性验证 |
5.2 电池模拟结果分析 |
5.2.1 电池放电性能模拟结果 |
5.2.2 电流密度与氧浓度分布关系 |
5.3 电池放电性能影响因素分析 |
5.3.1 流速对电池性能影响 |
5.3.2 温度对电池性能的影响 |
5.3.3 孔隙率对电池性能影响 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 不足与展望 |
参考文献 |
作者在读期间发表的论文及科研成果 |
致谢 |
(8)H2/CO为燃料的中温固体氧化物燃料电池Ni基阳极制备及改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 固体氧化物燃料电池概述 |
1.2.1 SOFC的工作原理 |
1.2.2 SOFC的结构类型 |
1.2.3 SOFC的优点及材料选择要求 |
1.2.4 SOFC的发展概况 |
1.3 SOFC中 H_2/CO的来源 |
1.3.1 CO_2/H_2 共电解制备合成气 |
1.3.2 甲醇热解/干重整制备H_2/CO |
1.3.3 煤气化制备H_2/CO |
1.4 阳极研究进展 |
1.4.1 金属阳极 |
1.4.2 金属陶瓷复合材料阳极 |
1.4.3 Cu-CeO_2 基阳极材料 |
1.4.4 单钙钛矿及双钙钛矿型阳极材料 |
1.5 阳极积碳反应 |
1.6 本文主要研究内容 |
第2章 实验材料和测试方法 |
2.1 实验药品和实验仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 测试方法 |
2.2.1 X射线衍射分析 |
2.2.2 扫描电镜与EDS能谱分析 |
2.2.3 热膨胀性能测试 |
2.2.4 电导率测试 |
2.2.5 电化学性能测试 |
2.2.6 拉曼光谱测试 |
第3章 H_2/CO混合气在Ni-YSZ阳极单电池的性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 Ni-YSZ/SSZ/LSM单电池的研制 |
3.2.1 SSZ电解质的制备 |
3.2.2 Ni-YSZ阳极制备 |
3.2.3 LSM阴极制备 |
3.3 H_2/CO混合气在电池中的性能测试 |
3.3.1 实验室H_2/CO的来源 |
3.3.2 CO作为SOFC燃料气体的可行性测试 |
3.3.3 温度对SOFC放电性能的影响 |
3.3.4 阳极进气总流量对SOFC放电性能的影响 |
3.3.5 稀释气N2 比例对SOFC放电性能的影响 |
3.3.6 H_2/CO混合气比例对SOFC放电性能的影响 |
3.4 H_2/CO混合气对Ni-YSZ积碳性能的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 Ni基阳极改性及性能测试 |
4.1 引言 |
4.2 Ni_(1-x)Fe_xO-YSZ阳极制备及性能研究 |
4.2.1 Ni_(1-x)Fe_xO阳极粉体制备及物性分析 |
4.2.2 Ni_(1-x)Fe_xO-YSZ阳极材料的相容性分析 |
4.2.3 Ni_(1-x)Fe_xO-YSZ阳极材料的电导率分析 |
4.2.4 电化学性能测试 |
4.2.5 抗积碳性能测试 |
4.3 Ni_(1-x)Fe_xO-YSZ阳极制备及性能研究 |
4.3.1 Ni_(1-x)Fe_xO阳极粉体制备及物性分析 |
4.3.2 Ni_(1-x)Cu_xO-YSZ阳极材料的相容性分析 |
4.3.3 Ni_(1-x)Fe_xO-YSZ阳极材料的电导率分析 |
4.3.4 电化学性能测试 |
4.3.5 抗积碳性能测试 |
4.4 Ni_(0.9)Cu_(0.1-x)Mg_xO-YSZ阳极制备及性能研究 |
4.4.1 Ni_(0.9)Cu_(0.1-x)Mg_xO阳极粉体制备及物性分析 |
4.4.2 Ni_(0.9)Cu_(0.1-x)Mg_xO-YSZ阳极材料的相容性分析 |
4.4.3 Ni_(0.9)Cu_(0.1-x)Mg_xO-YSZ阳极材料的电导率分析 |
4.4.4 电化学性能测试 |
4.4.5 抗积碳性能测试 |
4.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
(9)甲烷燃料可逆固体氧化物电池性能及稳定性优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 固体氧化物燃料电池技术 |
1.2.1 运行模式及原理 |
1.2.2 常用材料及结构 |
1.2.3 SOFC应用现状 |
1.3 SOFC结构优化、电极稳定性及运行模式研究进展 |
1.3.1 电池结构及制备工艺 |
1.3.2 Ni/YSZ抗积碳稳定性优化 |
1.3.3 SOEC及 CH_4辅助电解电极稳定性研究 |
1.3.4 循环储电模式研究 |
1.4 本课题研究内容及意义 |
第2章 Ni/YSZ修饰氧化物抗积碳稳定性研究 |
2.1 本章引论 |
2.2 实验介绍 |
2.2.1 电池制备 |
2.2.2 电池测试及表征 |
2.3 理论研究方法 |
2.3.1 阻抗谱分析方法 |
2.3.2 密度泛函理论计算方法 |
2.4 LSCF对阳极性能的影响机制 |
2.4.1 物相分析和电极微观形貌 |
2.4.2 H_2气氛中电化学性能 |
2.4.3 CH_4气氛中电化学性能及稳定性 |
2.5 LSF和 GDC对阳极性能的影响机制 |
2.5.1 物相分析和电极微观形貌 |
2.5.2 H_2气氛中电化学性能 |
2.5.3 CH_4气氛中电化学性能及稳定性 |
2.5.4 Ni/YSZ修饰氧化物抗积碳机理 |
2.6 本章小结 |
第3章 CH_4辅助电解特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 研究方法及过程 |
3.2.1 电池制备 |
3.2.2 电池测试 |
3.3 电极稳定性及运行模式 |
3.3.1 纳米钙钛矿电极 |
3.3.2 YSZ-LSF在 H_2O和 Air下的循环特性 |
3.4 CH_4-SOEC性能及稳定性 |
3.4.1 CH_4-SOEC热力学分析 |
3.4.2 CH_4-SOEC电极选择 |
3.4.3 GDC-Ni/YSZ||YSZ||YSZ-LSF电池CH_4-SOEC性能 |
3.5 本章小结 |
第4章 电池循环储放电特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 工作原理及实验方法 |
4.2.1 CH_4-SOC储电及制合成气方法 |
4.2.2 电池制备及测试方法 |
4.3 不同模式下电池电化学性能及稳定性 |
4.3.1 SOFC性能 |
4.3.2 CH_4-SOFC性能 |
4.3.3 不同模式下的稳定性 |
4.4 储放电过程热力学评价 |
4.4.1 以CO_2为电解介质的CH_4-SOC过程分析 |
4.4.2 以H_2O为电解介质的CH_4-SOC可行性分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 Ni/TZP支撑薄膜电池结构设计及性能评价 |
5.1 本章引论 |
5.2 电池结构设计和制备工艺 |
5.2.1 结构设计 |
5.2.2 制备工艺 |
5.3 实验方法 |
5.4 Ni/TZP电池电化学性能 |
5.4.1 形貌分析及H_2气氛中电化学性能 |
5.4.2 H_2气氛中稳定性 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 特色与创新点 |
6.3 工作建议与展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
(10)阴极支撑SOFC的制备及其阳极改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 燃料电池的特点 |
1.3 燃料电池的分类 |
1.4 固体氧化物燃料电池(SOFC) |
1.4.1 SOFC的工作原理 |
1.4.2 SOFC的热力学与动力学分析 |
1.4.3 SOFC的结构类型 |
1.4.4 SOFC阴极材料 |
1.4.5 SOFC电解质材料 |
1.4.6 SOFC阳极材料 |
1.4.7 SOFC互连接与密封材料 |
1.4.8 SOFC的中低温化与电极支撑的趋势 |
1.5 本文的研究内容与意义 |
2 实验材料及方法 |
2.1 实验试剂与仪器设备 |
2.2 材料结构与形貌表征 |
2.2.1 X射线衍射(XRD) |
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.2.3 X射线能谱分析(EDS) |
2.2.4 孔隙率与比表面积的测定 |
2.3 测试装置及方法 |
2.3.1 SOFC单电池反应结构 |
2.3.2 SOFC实验测试系统 |
2.3.3 SOFC实验测试装置的说明 |
3 阴极支撑型SOFC的制备与性能研究 |
3.1 阴极支撑型单电池制备方案 |
3.1.1 阴极支撑体的制备 |
3.1.2 甘氨酸-硝酸盐法(Glycine-nitrate process,GNP)制备电解质粉末 |
3.1.3 三合一基体的制备 |
3.1.4 阳极的制备 |
3.1.5 测试与表征 |
3.2 实验结果与讨论 |
3.2.1 电解质粉末的物相分析与形貌观察 |
3.2.2 单电池截面分层现象阳极还原过程分析 |
3.2.3 阳极还原过程分析 |
3.2.4 阴极造孔剂种类对单电池性能的影响 |
3.2.5 添加不同造孔剂的阴极表征 |
3.3 小结 |
4 Ni-Fe双金属复合陶瓷阳极的制备与性能研究 |
4.1 硬模板法制备立体阳极 |
4.1.1 硬模板法的原理 |
4.1.2 实验用硬模板介绍 |
4.2 实验过程 |
4.2.1 Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_x-GDC复合阳极材料的制备 |
4.2.2 Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_x包覆GDC复合阳极材料的制备 |
4.2.3 单电池的制备 |
4.2.4 测试与表征 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 阳极材料XRD表征 |
4.3.2 阳极材料微观形貌表征 |
4.3.3 单电池性能比较 |
4.3.4 氧化还原稳定性分析 |
4.3.5 碳氢燃料气氛下长期稳定性分析 |
4.3.6 积碳现象及EDS分析 |
4.3.7 测试实验后阳极微观形貌表征 |
4.4 小结 |
5 浸润碱金属氧化物对Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_x包覆蠕虫状GDC复合阳极的影响 |
5.1 实验过程 |
5.1.1 浸润碱金属氧化物的复合阳极制备 |
5.1.2 单电池的制备 |
5.1.3 测试过程与表征 |
5.2 实验结果与讨论 |
5.2.1 单电池发电性能测试 |
5.2.2 长期稳定性比较 |
5.3 小结 |
结论 |
参考文献 |
附录A 转子流量计标定曲线 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
四、Ni-YSZ金属陶瓷纳米复合粉末的研制(论文参考文献)
- [1]SOFC阳极侧微尺度界面优化及性能研究[D]. 王强. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]直接氨燃料电池中的阳极催化剂的研究[D]. 王源慧. 中国地质大学, 2021(02)
- [3]探究Cu引入对SOFCs阳极(Ni-YSZ)机械及电化学性能影响[D]. 李翊宁. 济南大学, 2020(01)
- [4]氮离子陶瓷膜反应器及合成氨研究[D]. 许泽桐. 福建师范大学, 2020(12)
- [5]以褐煤为燃料的直接碳固体氧化物燃料电池的制备和性能研究[D]. 吴昊. 昆明理工大学, 2020(05)
- [6]Cu/Ni-LSCM阳极制备及其甲烷干重整性能研究[D]. 刘辉. 昆明理工大学, 2020(05)
- [7]以碳氢化合物为燃料的固体氧化物燃料电池性能研究[D]. 田文涛. 东南大学, 2019(06)
- [8]H2/CO为燃料的中温固体氧化物燃料电池Ni基阳极制备及改性研究[D]. 于雯珺. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [9]甲烷燃料可逆固体氧化物电池性能及稳定性优化研究[D]. 张永亮. 清华大学, 2019(02)
- [10]阴极支撑SOFC的制备及其阳极改性研究[D]. 彭炼. 大连理工大学, 2019(02)
标签:燃料电池论文; 电池论文; 固体氧化物燃料电池论文; 金属陶瓷论文; 固体电解质论文;