2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一種高效、清潔、安靜、可靠的全固態(tài)電化學能量轉(zhuǎn)化裝置。傳統(tǒng)SOFC工作溫度通常在1000℃左右,具有相當高的能量轉(zhuǎn)化效率和功率密度;但是,高溫對材料的限制阻礙了SOFC技術(shù)的發(fā)展和推廣。因此,工作溫度降低于800℃并具有高溫SOFC功率密度的中低溫SOFC是目前發(fā)展的方向。溫度降低后陰極所產(chǎn)生的活化損耗過高問題一直是制約中溫SOFC(Intermediate T

2、emperature SOFC,IT-SOFC)發(fā)展的主要技術(shù)難點之一。本文研究以IT-SOFC為背景,研究了Pd修飾的金屬-陶瓷復合陰極,力求開發(fā)滿足IT-SOFC發(fā)展需要的陰極材料。
   首先確定了最佳電極制備方法-溶液浸漬法,并以此制備了具有陰極與電解質(zhì)一體化離子傳導路徑的納米結(jié)構(gòu)Pd浸漬YSZ陰極。在此基礎(chǔ)上,研究了陰極的微觀形貌、電化學活性和納米顆粒/基體界面特征之間的關(guān)系。其次,采用Pd浸漬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法對傳統(tǒng)L

3、SM陰極進行了改性,系統(tǒng)研究了改性后的陰極相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、陰極阻抗和單電池性能。為更好地理解Pd的氧還原催化作用,較為深入地研究了不同粒徑Pd顆粒的氧化-還原性能,以及附著在YSZ基體上的納米Pd顆粒氧化-還原的特殊性,并對Pd的氧還原催化機制進行了探索。最后,研究了納米Pd的熱穩(wěn)定性,探索了合金化對納米Pd陰極微觀形貌穩(wěn)定性的影響。上述研究結(jié)果表明:
   (1)浸漬法是制備具有陰極—電解質(zhì)一體化離子傳導路徑的納米復合陰極的

4、有效方法。在相對低的溫度范圍內(nèi)(<750℃),可以獲得均勻附著于多孔電解質(zhì)上的納米催化活性材料。在極大地增加三相反應界面的同時,避免了傳統(tǒng)陶瓷陰極制備中的高溫燒結(jié)(>1200℃),回避了高溫下催化活性材料與電解質(zhì)材料不相匹配(熱膨脹系數(shù)和化學相容性)的問題,從而使得陰極材料的選擇范圍更廣。
   (2)浸漬法制備的Pd-YSZ納米復合陰極具有很高的氧還原催化活性。在擔載量約為4 wt.%時,750℃的陰極極化阻抗最低可達0.11

5、 Ωcm2,此時的氧還原反應活化能僅為105 kJmoL-1,能夠滿足IT-SOFC陰極材料的需要。Pd良好的氧還原催化活性與Pd的氧化-還原特性相關(guān),Pd和PdO的共存和相互轉(zhuǎn)變,有利于氧分子在其上的吸附-解離,是催化氧還原反應的重要條件。電流極化處理可增強Pd與YSZ之間的接觸,并改變其界面特征,進一步改善陰極的活性。
   (3)在750℃,傳統(tǒng)的LSM-YSZ復合陶瓷陰極對氧還原的催化活性較差,以其制備的單電池的最高功率

6、密度僅為0.20 Wcm-2。通過浸漬法改變LSM為納米顆粒分布與YSZ多孔基體之中,單電池性能得到很大地提升,750℃的峰值功率密度為0.83Wcm-2。Pd的浸漬,對傳統(tǒng)LSM-YSZ陰極的性能帶來極大的改善,使其單電池的功率密度可高達1.42 Wcm-2。由此可見,通過浸漬技術(shù)納米化LSM以及引入Pd納米顆??梢詷O大地改善LSM-YSZ復合陶瓷陰極的電化學活性,使得LSM陰極材料可以成功地用于IT-SOFC。
   (4)

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