低濃度燃料條件下運行的單氣室固體氧化物燃料電池.pdf

1、單氣室固體氧化物燃料電池(SC-SOFC)是一種將電池的陰極與陽極完全暴露于燃料與氧化劑混合氣氛環(huán)境中的新型燃料電池,依靠兩個電極對混合氣氛中不同成分的選擇催化作用或催化能力差異實現(xiàn)發(fā)電,具有無需密封,并可以使用多孔電解質(zhì),易于構(gòu)建電池堆疊等優(yōu)點。目前,煤炭和石油等化石燃料的燃燒過程中仍會有部分燃燒不充分,容易造成資源浪費和環(huán)境污染。借助SC-SOFC能夠在燃料與氧氣混合中工作的特點,可以利用SC-SOFC將未經(jīng)完全燃燒的燃料進行轉(zhuǎn)化和

2、二次利用。本論文擬探索可在中溫區(qū)、低燃料濃度偏氧化氣氛的混合氣體中運行的SC-SOFC的電極材料為目的,著重測試了以傳統(tǒng)陰極材料作為電極的SC-SOFC在600℃~800℃溫區(qū),不同燃料濃度的混合氣氛中的電化學(xué)性能,并利用質(zhì)譜分析技術(shù)進行了電極材料催化性能評價并分析了相關(guān)工作機理,還研究了Pt催化劑的引入對電極和電池性能的影響。具體研究包括:
　　測試了使用三種不同陰極(La0.75Sr0.25)0.95MnO3±δ、La0.6S

3、r0.4Co0.2Fe0.8O3-δ、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ的陽極支撐型SC-SOFC在較低溫度和燃料濃度條件下的電池開路電壓(OCV)、放電曲線和阻抗譜,發(fā)現(xiàn)相對較低的測試溫度中電池開路電壓震蕩更小,相對而言更加穩(wěn)定,并且當(dāng)燃料濃度較低時電池的燃料利用率更高,但電池輸出功率變低。
　　為了適應(yīng)尾氣的低燃料濃度的氧化氣氛下的工作要求,嘗試將傳統(tǒng)陰極材料兩兩組合或分別與貴金屬Ag組合成對,作為SC-SOFC

4、的兩個電極(陰極和陽極),測量這種電池在中低溫CH4與O2混合氣氛中的OCV,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)陰極材料在一定條件下對CH4的部分氧化反應(yīng)也有催化作用,其中催化作用更強、電勢降低更明顯的可以充當(dāng)電池陽極,其中LSCF-BSCF組成的電解質(zhì)支撐型電池時兩極電勢差最小,LSM-BSCF電池兩極電勢差最大,開路電壓最高,達到了140.7mV。
　　通過完全模擬SC-SOFC預(yù)處理及工作環(huán)境,對傳統(tǒng)陰極材料粉體進行預(yù)處理,并在中低溫區(qū)混合氣氛下通過

5、質(zhì)譜分析測試材料在該條件下對CH4-O2-Ar混合氣體的催化能力,并由此分析在電池工作運行時陰極材料部分對整個電池性能的影響,分析電池反應(yīng)機理。發(fā)現(xiàn)測試中的幾種傳統(tǒng)陰極材料都能夠?qū)θ剂系牟糠盅趸磻?yīng)產(chǎn)生催化作用,但催化能力各不相同,LSM最強,BSCF最弱;
　　LSM-BSCF電解質(zhì)支撐型電池中LSM電極上浸漬氯鉑酸引入貴金屬Pt催化劑,發(fā)現(xiàn)電池性能僅經(jīng)歷一次升降溫便明顯衰退。借助催化反應(yīng)的質(zhì)譜分析,發(fā)現(xiàn)此時CH4的部分氧化反應(yīng)