版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
1、煤炭、石油、天然氣等化石燃料仍然是主要能源資源,其轉換過程受限于卡洛循環(huán),使得能源轉換效率低,同時造成環(huán)境污染。因此,迫切需要發(fā)展能源新技術,提高燃料的利用效率。固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一種能夠將燃料和氧分子的化學能直接轉化為電能的能源轉換新技術,轉換過程不受卡諾循環(huán)的限制,具有較高的能源轉換效率。SOFC的能量損失主要源于陰極極化,即與氧還原反應(ORR,氧分子還原成氧離子)相關的過
2、電勢。因此,提高ORR速率常數(shù),增強陰極催化劑的活性,不僅可以降低陰極過電勢,提高SOFC的電化學性能,同時還可以降低SOFC工作溫度到600-800℃的中溫區(qū)域,從而降低SOFC的制備和運行成本,促進其商業(yè)化進程。典型的SOFC陰極材料是基于錳、鐵和鈷等過渡金屬元素鈣鈦礦結構的混合導體氧化物,具有高的離子、電子電導率和高催化活性。鐵基鈣鈦礦氧化物具有良好的電導率、催化活性和穩(wěn)定性,是中溫SOFC的備選陰極材料之一。其中,La0.8Sr
3、0.2FeO3-δ(LSF)在中溫區(qū)域的電導率較高,約為100 Scm-1,熱膨脹系數(shù)為12.2×10-6 K-1,與常用電解質的熱膨脹系數(shù)相近,具有非常好的熱匹配性。本工作以LSF為基礎,通過體相摻雜和表面改性,提升其電化學性能。
第一章為緒論,主要介紹論文的研究背景、SOFC的工作原理以及電池性能的影響因素,總結典型SOFC陰極、陽極及電解質材料的結構和性能,簡述電化學性能的研究方法及分析手段,討論陰極ORR過程的機理,引
4、出論文工作的要點和重點。
第二章進行摻雜改性研究。在ABO3結構La0.8Sr0.2FeO3-δ的A位摻入Bi,通過液相法,制備了一系列組成為La1-xBixSr0.2FeO3-δ(x=0.0-0.8)的Bi摻雜LSF材料。研究了Bi摻雜量對材料結構和性能的影響規(guī)律,包括晶體結構、氧的非化學計量系數(shù)(δ)、Fe的平均價態(tài)、燒結活性、熱膨脹系數(shù)(TEC)、電導率(σ)、界面極化阻抗(Rp),氧的化學表面交換系數(shù)(Kchem)以及
5、體擴散系數(shù)(Dchem)。同時以Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)為電解質,研究Bi摻雜量對界面極化電阻、ORR活化能等的影響規(guī)律。界面極化阻抗和電導率隨摻雜量x的增加而減小,而材料的電導活化能、Dchem和Kchem隨x的增加而增大。當x=0.4時,La0.4Bi0.4Sr0.2FeO3-δ具有最好的綜合性能,700℃時,其極化阻抗為0.12Ωcm2,電導率為9.3 S cm-1,Kchem為9.5×10-4 cms-1, Dch
6、em為1×10-4 cm2s-1。
第三章深入研究La0.4Bi0.4Sr0.2FeO3-δ(LBSF4)的性能,利用熱重(TG)、氧的溫度程序脫附(TPD)、碘滴定以及高溫X射線衍射(HT-XRD)等方法,分析材料在不同溫度下氧的非化學計量、Fe的平均價態(tài)以及晶格常數(shù)等結構組成參數(shù)。研究氧分壓(0.01,0.1,0.21,1.0 atm)對LBSF4電極的電化學阻抗的影響,并用弛豫時間分布(DRT)的分析方法,確定氧還原反應
7、的控速步驟。此外,在La0.4Bi0.4Sr0.2FeO3-δ陰極中加入氧離子導體(SDC),可有效地提高材料的電化學性能,700℃時的極化阻抗小于0.1Ωcm2。
第四章用Co3O4對LSF進行表面改性。氧化鈷通常被用作體相摻雜,以提高Fe基、Mn鈣鈦礦陰極的催化活性,而體相摻雜提高熱膨脹系數(shù)。本工作用浸漬法將氧化鈷修飾到LSF表面,在提高催化性能的同時保持熱膨脹系數(shù)不變。XRD、TG、SEM(掃描電子顯微鏡)以及HRTEM
8、(高分辨透射顯微鏡)等測試結果表明,在工作條件下Co3O4與LSF具有很好的熱穩(wěn)定性以及化學兼容性。Co3O4的表面修飾大幅降低LSF陰極的界面極化阻抗,當浸漬量為5.84 wt.%時,電極性能最優(yōu),700℃時,極化阻抗從0.22Ωcm2降低到0.083Ωcm2。對阻抗譜進行DRT分析,發(fā)現(xiàn)表面修飾Co3O4促進了電極的電荷轉移過程。電導弛豫(ECR)測試表明,Co3O4顆粒能夠提高LSF的表面反應速率,在700℃時,材料的Kchem提
9、高了5倍。另外,Co3O4的表面修飾使單電池功率密度從0.865 Wcm-2增加到1.3 Wcm-2(800℃)。
第五章用SrCO3對LSF進行表面改性。利用浸漬法在LSF基體上沉積SrCO3納米顆粒來提高材料的電化學性能。XRD和HRTEM分析表明,SrCO3和LSF之間具有很好的化學穩(wěn)定性及兼容性。ECR結果表明,SrCO3能夠將材料的Kchem提高2倍。電化學分析表明,SrCO3能夠顯著降低LSF陰極的極化阻抗,例如,
10、當LSF陰極浸漬5.2 wt.%SrCO3時,700℃下的極化阻抗從0.22Ωcm2降低到0.15Ωcm2。電池阻抗譜的DRT分析說明,SrCO3主要促進陰極反應的電荷轉移過程。另外,SrCO3能夠將單電池的功率密度輸出從596 mWcm-2提高到857mWcm-2(750℃),提升40%以上。
第六章用SrCO3對La0.6Sr0.4Co0.2O3-δ(LSCF)進行表面改性,研究了SrCO3對LSCF性能的影響以及可能的作
11、用機理。近年來,關于Sr的表面析出對LSCF性能的影響,具有相互矛盾的報道,因此,研究表面Sr化合物對LSCF的ORR的作用機理是十分必要的。ECR測試表明,SrCO3能夠顯著提高LSCF的氧表面反應速率,其中Kchem提高了2個數(shù)量級。SrCO3的浸漬顯著提高了材料的電化學性能,其增強效果與Pd和Rh等典型的催化劑相當。電化學阻抗譜的DRT分析說明,SrCO3主要提高了LSCF的電荷轉移以及氧結合過程。密度函數(shù)理論計算證明了SrCO3
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 多元復合摻雜鈣鈦礦型IT-SOFC陰極材料的制備與性能表征.pdf
- 鈣鈦礦型LSCN中溫SOFC陰極材料和結構的優(yōu)化.pdf
- 鈣鈦礦型SOFC陽極材料制備和性能研究.pdf
- 中溫固體氧化物燃料電池陰極鈷基鈣鈦礦的性能研究.pdf
- 鈦酸鉍基贗鈣鈦礦結構薄膜的制備和性能研究.pdf
- 中溫固體氧化物燃料電池鈷基鈣鈦礦結構陰極材料性能研究.pdf
- 離子摻雜對固體氧化物燃料電池鈣鈦礦型連接材料和陰極性能的影響.pdf
- 鋇基鈣鈦礦型催化劑的NSR性能研究.pdf
- 鋇基鈣鈦礦型催化劑的nsr性能研究
- 鈣鈦礦太陽能電池的陰極界面研究.pdf
- 24712.鎳基鈣鈦礦低溫催化氨分解性能的研究
- 鈦酸鉍基鈣鈦礦復合氧化物氣、濕敏性能的研究.pdf
- na0.5bi0.5tio3基新型鈣鈦礦sofc電解質材料的微結構及導電性能研究
- 鑭基鈣鈦礦型催化劑的NO氧化催化性能研究.pdf
- SOFC鑭摻雜鈦酸鍶陽極材料制備及電極性能的研究.pdf
- SOFC陰極材料的制備和性能研究.pdf
- 改性鉛基鈣鈦礦微波介質陶瓷的研究.pdf
- 稀土雙鈣鈦礦及類鈣鈦礦陶瓷的結構、磁性和介電性能.pdf
- 鈣鈦礦氧化物熱電性能的研究.pdf
- Sm3+缺位Sm1-xBaCo2O5+δn層狀鈣鈦礦結構中溫SOFC陰極材料的制備與性能.pdf
評論
0/150
提交評論