探析固体氧化物燃料电池阳极材料的研究

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1、天津大学硕士学位论文固体氧化物燃料电池阳极材料的研究姓名：许四红申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：陈明鸣20070101中文摘要随着世界能源的日益紧张，各国都在积极寻求新能源来保证本国的能源安全。固体氧化物燃料电池作为一种有别于传统能源的能量转化方式，正在逐渐受到各国的重视。固体氧化物燃料电池(SOFC)是第四代燃料电池。中低温(400．600℃)固体氧化物燃料电池在材料制备，成本方面独具优势。阳极材料位于电解质与燃料之间；它们是直接接触的，因此其性能好坏关系到电池的性能，找到与电解质匹配的阳极材料是SOFC发展的瓶颈。直接碳燃料电池是用碳直接作阳极，是一种转化效

2、率更高(理论上100％)，成本更低的燃料电池，它几乎可以转化任何固体碳物质。它以熔融的碳酸盐作为电解质，工作温度在650℃左右，容易腐蚀材料。本论文围绕中低温条件SOFC的新型阳极材料以及直接碳燃料电池开展了相关的研究工作，采用溶胶凝胶法制备阳极材料，通过X射线衍射技术(XRD)分析材料的晶相以及电子扫描显微镜(SEM)观察材料的形貌，选择适宜的初始材料制备工艺以及后续煅烧、烧结温度，得到的阳极材料装配成为单电池测试电性能。1、选用Cc02，CuO、NiO、CoO．Smo．1Ceo．903(MO．SDC)，以及集阳极材料作为阳极材料制备电池片，考察烧结工艺条件对单电池的电

3、性能的影响。Ce02，集阳极材料制备的素坏在700℃下烧结0．5h后电池性能最好：MO．SDC材料在700℃烧结电池性能最好，但是发现当其在超过750"C烧结时，电池片会发生扭曲形变。2、在MO—SDC材料中添加具备良好电子电导性和高温抗氧化性能的气相生长炭纤维(VGCF)，考察该复合阳极材料对单电池的电性能的影响。实验发现，添加1．25wt％VGCF的MO-SDC阳极材料，使用H2作燃料时获得功率密度0．326W／cm2，证明VGCF的加入可以提高SOFC单电池片的电性能。3、考察MO．SDC干凝胶的焙烧温度对电池性能的影响，实验表明在550℃焙烧时氢气进料时获得0．3

4、37W／cm2的功率密度，继续对优化的阳极材料考察用甲醇作燃料，获得0．258W／cm2的功率密度。4、初步建立直接碳燃料电池的实验装置，以针状焦为阳极，对电解质进行了选择，实验发现30wt％LiAl02一Li2C03一K2C03是实验条件下最适宜的电解质材料。关键词：固体氧化物燃料电池，直接碳燃料电池，阳极，烧结，过渡金属氧化物ABSTRACTAstheenergydecreasesincreasingly,eachcountryhasdonemuchefforttolookfornewstyleenergytoensuretheirenergysafety．Fuelc

5、ellwhichisdifferentfromtrandditionalenergyformhasbeeninoureyesseveralyears；italmostisindustriedinsomecountries．Solidoxidefuelcell(SOFC)isthefourthstylefuelcell，low-temperatureSOFC(400-600℃)haslargepredominanceatcostandmaterialspreparation．SOFCanodeWasinthemiddleoffuelgasandelectrolyte，sot

6、hecellperformancerestswiththeanodeperformance．，nledevelopmentofanodematerialwas‘'bottleneck”ofthedevelopmentinSOFC．Directcarbonfuelcellusescarbonmaterialwithanyformasanode；ithashigherefficiency,100％theoretically，lowercost．Itusesmelt-carbonateaselectrolyte，andtheoperationtemperatureisat650

7、℃．Unfortanatelyitiscorrosivetomeasurementdevice．Inthiswork,somestudyaboutSOFCandDCFCwerefocusedon．Sol—gelmethodWaSusedforthepreparationoftransitionoxide．neXRDandSEManalysismethodswereusedtOcharacterizethestructuresandmorphologiesofoxidematerials，fromwhichthepreparat