YSZ基SOFC電解質(zhì)-陽極的研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TM911.4國際圖書分類號：541.136工學(xué)碩士學(xué)位論文YSZ基SOFC電解質(zhì)陽極的研究碩士研究生：高杰導(dǎo)師：陳振寧教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：化學(xué)工程與技術(shù)所在單位：應(yīng)用化學(xué)系答辯日期：2008年6月28日授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要固體氧化物燃料電池(SOFC)以其高效、低污染等優(yōu)點被認為是未來極具潛力的綠色發(fā)電方式之一，受到人們的廣泛關(guān)注。為了提高SOFC模擬電池的放電

2、性能，對其電解質(zhì)薄膜、陽極的微觀結(jié)構(gòu)及制備方法進行了研究，并對其綜合性能進行了測試。首先，對YSZ電解質(zhì)薄膜的流延和燒結(jié)工藝進行優(yōu)化改進。比較幾種不同YSZ原材料，確定了YSZ粉體的最佳原材料為TOSOH8YSZ；研究了YSZ流延漿料中溶劑和PVB含量對制備的電解質(zhì)致密性的影響，發(fā)現(xiàn)制備的電解質(zhì)膜的致密性隨漿料中溶劑和PVB含量的減少而增加，但是溶劑和PVB含量過低會導(dǎo)致流延工藝困難，確定電解質(zhì)的最佳PVB含量為YSZ質(zhì)量的4%，溶劑的

3、最佳含量為YSZ質(zhì)量的1.12倍。以最佳配方制備的電解質(zhì)薄膜分別在1200℃，1250℃，1300℃，1350℃，1400℃燒結(jié)5h，放電測試結(jié)果表明，1250℃燒結(jié)5h的電解質(zhì)薄膜，其致密度已經(jīng)達到SOFC要求，組裝電池后，800℃時開路電壓達到1.11V，接近理論電壓，最大功率密度為951mWcm2。其次，對陽極的功能層(AFL)和支撐層(ASL)進行了改進。確定了功能層的最佳原材料為TOSOH8YSZ和I型NiO；對NiO和YSZ

4、相對含量的研究表明，當(dāng)NiO含量為60mass%時，既可以保證電解質(zhì)薄膜不脫落，又使其具有較高的性能；在功能層中以PVB替代淀粉作為造孔劑，使得三相反應(yīng)界面大幅度增加，最大功率密度由322mWcm2提高至574mWcm2。陽極支撐層的最佳原材料為TOSOH8YSZ和II型NiO；NiO含量在65mass%時，可以形成細密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利于電子、氧離子傳導(dǎo)和氣體傳輸。通過調(diào)整陽極造孔劑的種類和用量，使陽極孔隙呈梯度分布，有利于氣體在支撐層中

5、快速傳輸，在功能層快速反應(yīng)。為避免嚴重?zé)Y(jié)，陽極的燒結(jié)溫度應(yīng)小于1400℃。在燒結(jié)過程中，陽極相對于電解質(zhì)先膨脹后收縮。最后，對性能較好的電池進行了綜合性能測試。樣品穩(wěn)定測試8h，功率密度維持在580mWcm2左右，將其進一步改進之后穩(wěn)定測試28.5h，功率密度維持在1050mWcm2左右；電池在氫氣氣氛中經(jīng)歷升溫和降溫三次循環(huán)之后，放電性能無明顯變化；在800℃下，反復(fù)通入氫氣和空氣進行徹底的氧化還原，四個循環(huán)之后，電池開路電壓由1.