直接碳?xì)浠衔锶剂想姵氐你~系陽(yáng)極材料研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著人們對(duì)固體氧化物燃料電池(SOFC)研究的深入，直接碳?xì)浠衔锕腆w氧化物燃料電池（D-HCSOFC）越來(lái)越引起了人們更多的關(guān)注。相比傳統(tǒng)的氫氣燃料電池來(lái)說(shuō)，D-HCSOFC具有能量密度高、運(yùn)行成本低及燃料多樣性等優(yōu)點(diǎn)，并且能解決氫氣燃料電池帶來(lái)的高成本，儲(chǔ)存及運(yùn)輸困難等一系列問(wèn)題。
　　目前大多數(shù)關(guān)于D-HCSOFC的研究仍是集中于如何避免陽(yáng)極積碳問(wèn)題的發(fā)生。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)與研究，人們提出了幾種可以避免積碳發(fā)生的解決措

2、施。這些措施包括降低反應(yīng)溫度、更換電極材料及電化學(xué)氧化等等。
　　本論文采用減少傳統(tǒng)Ni/YSZ（yttria-stabilizedzirconia）陽(yáng)極中Ni的含量，然后利用浸漬法加入一定量的Cu以期望來(lái)削弱積碳問(wèn)題。確定Ni含量的原則是既可以保證陽(yáng)極具有足夠的催化活性，也不會(huì)過(guò)量而導(dǎo)致明顯的積碳發(fā)生。確定Cu含量的原則是既可以保證陽(yáng)極保持足夠的電子導(dǎo)電能力，也不會(huì)多至嚴(yán)重影響電池的性能。除了減小Ni含量的方法外，本文還對(duì)Cu-

3、CeO2-YSZ系列陽(yáng)極做了一定的研究。
　　本文首先制備了兩種多孔陽(yáng)極支撐體—多孔Ni/YSZ支撐體和多孔YSZ支撐體。然后利用浸漬法在多孔Ni/YSZ支撐體的基礎(chǔ)上制備了Cu含量分別為5wt％，8wt%，10wt%，15wt%和20wt%的Cu-Ni-YSZ陽(yáng)極。利用同樣的方法在多孔YSZ支撐體的基礎(chǔ)上制備了Cu-Ni比例分別為18.9wt%-9.1wt％和26.6wt%-7.9wt%的陽(yáng)極及Cu-CeO2比例分別為13.3w

4、t%-10.6wt%，11.8wt%-18.2wt%，18.8wt%-12.1wt%和20.0wt%-10.0%的陽(yáng)極。采用致密的YSZ薄膜作為電解質(zhì)和（La0.7Sr0.3MnO3）LSM/YSZ=1:1的混合物作為陰極，封裝電池，分別對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
　　測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于Cu-Ni-YSZ陽(yáng)極來(lái)說(shuō)，Cu浸漬量為15wt%時(shí)的電池性能最好。在使用H2和CH4燃料時(shí)，800°C時(shí)最大功率密度分別達(dá)到1190mW/cm2和892mW

5、/cm2。這說(shuō)明Cu的最佳浸漬量應(yīng)在10wt%~20wt%之間。對(duì)于四種陽(yáng)極含有不同Cu-CeO2比例的單電池，其電化學(xué)性能和Cu-CeO2的比例有著緊密的聯(lián)系。
　　此外，本論文還討論了在Cu-Ni-YSZ陽(yáng)極中Cu的含量較少時(shí)（5wt%和8wt%），其單電池在使用H2和CH4燃料時(shí)的電化學(xué)性能對(duì)比。發(fā)現(xiàn)單電池在使用CH4燃料時(shí)的電化學(xué)性能要優(yōu)于使用H2時(shí)的性能。SEM圖像及切換燃料時(shí)測(cè)試的歐姆阻抗隨時(shí)間變化結(jié)果表明這種現(xiàn)象和陽(yáng)