学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

静电喷雾技术优化固体氧化物燃料电池阴极微结构的应用研究

作　者: 任丛
导　师: 高建峰
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 材料学
关键词: 固体氧化物燃料电池阴极浸渍静电喷雾技术
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 54次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

当今能源问题已成为世界范围内关注度最高的问题之一,因此科学家们致力于寻找更加方便、绿色可持续的能源。而固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种绿色的高效的能源技术已受到了研究者的普遍关注,经过多年的发展其商业应用越来越成为可能。然而,燃料电池的应用也受到很多问题的限制,最重要的是其较高的操作温度所带来的一系列问题,如较高的操作温度使得电池材料的稳定性以及寿命受到影响,并且在电池的连接材料上受到一定限制等。这些限制均使得SOFC的商业化蒙上阴影。目前的主要策略是降低电池操作温度以达到延长材料寿命降低运行成本的目的,但是随着操作温度的降低,电池的性能会受到相应的影响,电池的欧姆阻抗会升高,而电极的极化阻抗也会随着温度的降低而急剧升高(尤其是阴极部分的极化阻抗)。解决欧姆阻抗问题一般是使用更加薄得电解质或开发低温下具有更加优异电化学性能的材料。而对于电极性能的提高一般除了开发新型材料之外则使用改善电极微结构的方法。本文工作立足于优化SOFC阴极微结构,采用静电喷雾技术(ESD)与浸渍技术相结合的方法以获得较好的阴极性能。本文第一章对于固体氧化物燃料电池的原理、材料、以及理论进行了介绍。在此基础上,确立了研究内容和目的。论文的第二章讨论了使用静电喷雾技术(ESD)制备阴极浸渍骨架的问题。着重讨论了沉积温度对于沉积形貌的影响以及前驱溶液浓度对于所制备的阴极骨架形貌的影响。得知在较低的沉积温度下如300oC可以制备出三维网状结构的阴极骨架而在较高的沉积温度下如450oC是结构更加精细的沟壑状形貌。并且观察到在较低的沉积温度下如250oC下沉积所得的薄膜存在着与衬底结合不紧密的问题。论文的第三章对于利用静电喷雾技术(ESD)所制备的三种对称电池进行了表征,并且对于利用不同沉积温度下所沉积骨架制备的对称电池性能做了比较,并讨论了不同集电层对于阴极电极极化的影响。最后对使用静电喷雾技术(ESD)制备的单电池进行了表征得到了初步结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章固体氧化物燃料电池的发展概述  10-35
  1.1 燃料电池概述  10-11
  1.2 固体氧化物燃料电池工作原理  11-12
  1.3 固体氧化物燃料电池的材料  12-22
    1.3.1 电解质材料  12-16
      1.3.1.1 氧化锆（Zr0_2）基电解质材料  13-14
      1.3.1.2 氧化铈（Ce0_2）基电解质材料  14-15
      1.3.1.3 钙钛矿结构电解质  15-16
    1.3.2 阳极材料  16-19
      1.3.2.1 金属Ni 基阳极材料  18
      1.3.2.2 氧化铈（Ce0_2）基阳极  18-19
      1.3.2.3 钙钛矿结构阳极材料  19
      1.3.2.4 其他阳极材料  19
    1.3.3 阴极材料  19-22
      1.3.3.1 电子电导材料  20-21
      1.3.3.2 混合导体阴极  21-22
  1.4 SOFC 性能  22-26
    1.4.1 理论电动势  22
    1.4.2 电池开路电压  22
    1.4.3 SOFC 极化损失  22-26
      1.4.3.1 欧姆极化  23
      1.4.3.2 浓差极化  23-24
      1.4.3.3 活化极化  24-26
  1.5 燃料电池表征  26-32
    1.5.1 应该关注的电池特性  26
    1.5.2 表征技术分类  26-27
    1.5.3 现场电化学表征手段  27-32
      1.5.3.1 电压，电流以及时间的关系与测试要求  27
      1.5.3.2 电流-电压测量法（I-V 曲线法）  27-28
      1.5.3.3 电化学阻抗谱法  28-32
  1.6 本论文立题意义和研究目标及内容  32-33
  参考文献  33-35
第二章静电喷雾技术制备薄膜的研究  35-56
  2.1 薄膜的制备方法  35
  2.2 静电喷雾沉积技术（Electrostatic Spray Deposition）  35-38
    2.2.1 静电喷雾沉积原理  35-36
    2.2.2 静电喷雾技术装置  36-38
  2.3 静电喷雾技术（ESD）在燃料电池制备中的应用  38-39
  2.4 实验部分  39
    2.4.1 实验药品  39
    2.4.2 薄膜制备  39
  2.5 结果讨论  39-54
    2.5.1 YSZ 薄膜形貌与沉积温度关系  39-53
    2.5.3 YSZ 薄膜形貌与前驱液浓度的关系  53-54
  2.6 本章总结  54-55
  参考文献  55-56
第三章电极制备及电化学表征  56-75
  3.1 固体氧化物燃料电池阴极  56-64
    3.1.1 阴极还原过程  56-60
    3.1.2 阴极的气体输运  60-62
    3.1.3 固体氧化物燃料电池阴极的发展趋势  62-64
  3.2 实验部分  64-67
    3.2.1 浸渍骨架的制备  64-65
    3.2.2 阴极对称电池的制备  65-66
    3.2.3 单电池的制备  66
    3.2.4 测试与表征  66-67
  3.3 结果与讨论  67-73
    3.3.1 浸渍液浓度对电极结构的影响  67-69
    3.3.2 对称电池性能  69-71
      3.3.2.1 阴极极化阻抗与骨架沉积温度关系  69-70
      3.3.2.2 阴极极化阻抗与集电层的关系  70-71
    3.3.3 单电池性能  71-73
  3.4 本章小结  73-74
  参考文献  74-75
致谢  75-76
在读期间发表的学术论文和取得的研究成果  76

静电喷雾技术优化固体氧化物燃料电池阴极微结构的应用研究

内容摘要

全文目录

相似论文