Ni-YSZ-YSZ-LSM固體氧化物燃料電池反應機理的Monte Carlo模擬.pdf

1、作為一種直接將化學能轉化為電能且環(huán)境友好的發(fā)電方式，燃料電池技術無疑成為解決當今世界日益突出的能源危機和環(huán)境保護的理想選擇。其中固體氧化物燃料電池(SOFC)以其使用非貴金屬催化劑、無腐蝕性、燃料種類多樣、可以實現熱電聯供、既可建立大型工業(yè)電站又可構建獨立工作電站等諸多優(yōu)勢，而在燃料電池中舉足輕重。
　　 阻礙包括SOFC在內所有燃料電池批量化生產應用的瓶頸不僅在于材料和結構方面，對其內部工作機制的深入研究更是重要環(huán)節(jié)。尤其SO

2、FC運行在高溫、封閉環(huán)境，其內部物質狀態(tài)、各種電池反應等的測量都非常困難，實驗研究成本昂貴，甚至無法實現。以MonteCarlo為代表的模擬方法以其分子級別微觀動態(tài)優(yōu)勢，且費用低廉容易實現，而被認為是研究關聯電池內部機理和宏觀性能一個重要的方法。
　　 本文通過建立Ni-YSZ/YSZ/LSM型固體氧化物燃料電池電極的晶面結構模型，對電極性能、電池反應機理等方面進行了初步探討，主要內容和結果如下：
　　 1、根據Ni-Y

3、SZ晶面的結構模型，探討了Ni-YSZ陽極中Ni的含量和聚集行為對陽極性能的影響規(guī)律，研究表明：Ni的含量為30％時陽極性能明顯提高，而Ni粒子的聚集將使得陽極中能夠化學吸附H2的位置減少導致電子遷移數下降。
　　 2、根據LSM晶面的結構模型，探討了不同參數影響LSM陰極性能的作用規(guī)律，結果顯示：Sr的摻雜量在0.1～0.4之間時陰極的離子導電率隨著Sr摻雜量的增加而增加，而當Sr的含量大于0.4時陰極的離子電導率則開始降低；

4、Mn和La兩種催化活性位對LSM陰極極化的影響呈現不同機理，而兩者協(xié)同作用有助于降低極化效果、提高電極性能；而氧的兩種不同活性態(tài)O-2和02222-對陰極性能均有影響，表明在LSM陰極對氧的催化過程中這兩種氧活性態(tài)可能同時存在。
　　 3、通過對電池整體結構的建模和模擬，得出了電池性能（電壓、電流）的變化規(guī)律，發(fā)現陰極反應概率的變化不但影響電池性能整體的變化，而且對于電池進入平衡狀態(tài)的快慢也有影響，即提高陰極的反應概率可以使電池