中温固体氧化物燃料电池浸渍阳极制备及电池性能探讨

论文片段—硝化石墨论文,YSZ多孔层/YSZ致密层复合基体论文,离子浸渍法论文,饱和硝酸镍溶液论文,丙酸-镍络合物溶液论文,
摘要：固体氧化物燃料电池的性能和阳极的微观结构密切,优化阳极的微观结构可以改善电池的性能。离子浸渍法是制备纳米结构的高性能SOFC电极的方法之一。本研究离子浸渍法制备固体氧化物燃料电池阳极。为了配合本课题组石墨造孔剂制备大规格平板式单电池的,本研究对石墨的表面了改性,改善其润湿性和增加其表面含氧官能团,以达到改善其在水系中的分散性;然后以YSZ粉体和造孔剂(硝化石墨)为原料制备了高孔隙率的YSZ多孔层/YSZ致密层复合基体作为浸渍的载体,将其分别浸渍于硝酸镍的饱和溶液与丙酸-镍络合物溶液中,经多次浸渍、干燥、焙烧制备含镍催化剂的半电池,经涂覆阴极单电池。XRD和SEM对阳极的晶相和微观结构了表征,经丙酸-镍络合物溶液浸渍阳极中的NiO晶粒小于经饱和硝酸镍溶液浸渍阳极中的NiO晶粒,NiO晶粒均为纳米级;添加丙酸,可以增加浸渍溶液中的含镍量,提升浸渍速率,减小NiO晶粒尺寸,抑制NiO团聚,增加阳极三相反应区长度;NiO晶粒尺寸丙酸和硝酸镍的摩尔比值(R)的增加呈减小的趋势,晶粒范围在20nm～40nm之间,当R值为1.5时,NiO的晶粒尺寸为20nm;经丙酸-镍络合物溶液浸渍阳极制备的单电池在750℃时的最大功率密度(1.135W/cm~2)高于经饱和硝酸镍浸渍阳极制备的单电池的最大功率密度(0.719W/cm~2)。对于离子浸渍法制备固体氧化物燃料电池阳极,一个机械性能好、孔隙率高的YSZ多孔层/YSZ致密层复合基体是实验的关键,也是下一步实验要解决的首要问题,因此,本研究对YSZ多孔层/YSZ致密层复合基体的制备了研究。对致密层和多孔层的烧成收缩及石墨的粒径和不同粘结剂对复合基体的影响的研究,确定最佳组合。实验结果,D50=3μm的石墨粉体在微波条件下稀硝酸硝化改性,将D50=90nm的YSZ粉体与硝化石墨质量比为10:7、以PVA作粘结剂制备的YSZ多孔层/YSZ致密层复合基体具有良好的机械性能,且多孔层的孔隙率为50vol.%。另外,本研究还探讨了不同方法制备的阳极、及硝化石墨的含量及镍的浸渍量对单电池电性能的影响论文。实验结果,工作温度为750℃、H_2环境下,以硝化石墨含量为70wt.%的复合基体为载体、NiO的浸渍量为50wt.%时,单电池的功率密度最高。关键词：硝化石墨论文YSZ多孔层/YSZ致密层复合基体论文离子浸渍法论文饱和硝酸镍溶液论文丙酸-镍络合物溶液论文
摘要3-4
Abstract4-9
1 引言9-12
2 文献综述12-33

2.1 燃料电池的概述12

2.2 固体氧化物燃料电池概述12-19

2.1 固体氧化物燃料电池的结构类型13

2.2 固体氧化物燃料电池的工作原理13-14

2.3 固体氧化物燃料电池的关键14-17

2.4 固体氧化物燃料电池的特点17-18

2.5 固体氧化如燃料电池的中温化18-19

2.3 固体氧化物燃料电池阳极的研究概述19-23

2.3.1 Ni/YSZ 阳极的反应动力学20-21

2.3.2 Ni/YSZ 阳极21-23

2.3.3 其他阳极23

2.4 Ni/YSZ 阳极的制备方法23-27

2.4.1 成型方法23-26

2.4.2 压制法26

2.4.3 浸渍法26-27

2.5 固体氧化物燃料电池的极化损失27-31

2.5.1 电极化曲线27-28

2.5.2 活化极化28-29

2.5.3 欧姆极化29

2.5.4 浓差极化29-31

2.6 论文选题目的、研究及创新点31-33

2.6.1 论文的选题目的及研究31

2.6.2 论文的创新点31-33

3 实验与测试方法33-37

3.1 实验药品33-34

3.2 实验仪器34

3.3 物理性质表征34-36

3.1 X 射线衍射34

3.2 场发射扫描电子显微镜34-35

3.3 致密层和多孔层烧成收缩测试35

3.4 YSZ 多孔层/YSZ 致密层复合基体抗折强度测试35

3.5 YSZ 多孔层/YSZ 致密层复合基体孔隙率的测试35

3.6 阳极的孔径分布测试35-36

3.4 模拟电池电化学性能测试36-37

4 石墨的优化改性37-45

4.1 引言37-38

4.2 实验方法38-40

4.

2.1 石墨的表面改性处理38

4.

2.2 改性石墨的润湿性测定38-39

4.

2.3 改性石墨的官能团测定39-40

4.

2.4 改性石墨的沉降速率测定40

4.3 结果与讨论40-44
4.

3.1 改性处理对石墨微观结构的影响研究40-41

4.

3.2 改性处理对石墨润湿性的影响研究41-43

4.

3.3 改性处理对石墨表面官能团的影响研究43-44

4.

3.4 改性处理对石墨水系分散的影响研究44

4.4 小结44-45
5 离子浸渍法制备SOFC 阳极45-61

5.1 引言45-46

5.2 实验方法46-49

5.

2.1 YSZ 多孔层/YSZ 致密层复合基体的制备46-47

5.

2.2 多孔层与致密层的共烧结研究47-48

5.

2.3 SOFC 半电池的制备48-49

5.3 结果与讨论49-59
5.

3.1 多孔层与致密层的共烧结分析49-55

5.

3.2 石墨的粒径对YSZ 多孔层微观结构的影响55-56

5.

3.3 粘结剂的种类对复合基体制备的影响研究56-58

5.

3.4 半电池多孔层的表征58-59

5.4 小结59-61
6 单电池的制备及性能表征61-70

6.1 引言61

6.2 实验方法61-62

6.

2.1 单电池的制备61-62

6.

2.2 阴极浆料的制备62

6.

2.3 单电池的制备62

6.3 结果与讨论62-68
6.

3.1 单电池62-63

6.

3.2 离子浸渍法制备阳极对单电池微观结构及性能的影响63-64

6.

3.3 硝化石墨的含量对单电池性能的影响64-65

6.

3.4 镍的浸渍量对单电池性能的影响65-68

6.4 小结68-70
7 络合物浸渍液制备阳极及论文片段—响74-757.3.3单电池电性能测试75-777.4小结77-798固体氧化物燃料电池中的阳极电化学数学模拟研究79-868.1引言798.2数学模型的建立79-858.3小结85-86986-8810展望88-89致谢89-90参考文献90-98发表论文情况98上一页12硝化石墨论文,YSZ多孔层/YSZ致密层复合基体论文,离子浸渍法论文,饱和硝酸镍溶液论文,丙酸-镍络合物溶液论文,
其单电池性能研究70-79

7.1 引言70

7.2 实验方法70-71

7.

2.1 浸渍液的制备70

7.

2.2 单电池的制备70-71

7.3 结果与讨论71-77
7.

3.1 丙酸-镍络合物浸渍液对浸渍速率的影响71-74

7.

3.2 丙酸-镍络合物浸渍液对多孔层晶相的影响74-75

7.

3.3 单电池电性能测试75-77

7.4 小结77-79
8 固体氧化物燃料电池中的阳极电化学数学模拟研究79-86
8.1 引言79
8.2 数学模型的建立79-85
8.3 小结85-86
9 86-88
10 展望88-89
致谢89-90
参考文献90-98
发表论文情况98