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固体氧化物燃料电池的实验研究

作　者: 郝刚
导　师: 沈胜强
学　校: 大连理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 固体氧化物燃料电池开路电压输出功率电池效率
分类号: TM911
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种全固态的能量转换装置，该电池通常采用陶瓷作组装材料，在600～1000℃的高温下操作。由于SOFC能量转换效率高、环境友好、燃料适应性强和寿命长等显著优点，很多国家都很重视对SOFC技术的研究。本文首先介绍了SOFC的国内外发展现状，并对SOFC的理论给予了简要的分析，计算了电池的理论开路电压和理论效率；其次，研制出平板式Ni-YSZ|YSZ|LSM单体电池，设计组装了电池性能测试系统，以氢气为燃料，氧气为氧化剂气体，在温度为400℃—1000℃的范围内测试了电池开路电压与温度的对应关系，分析了变化的原因，同时在800℃—1000℃的温度范围内考察了单体电池的电流电压特性和电流功率特性，最后，计算了电池的效率。结果表明，温度在500℃左右时，开路电压随温度升高大幅度提高。当温度超过600℃以后，开路电压变化平缓。电池的输出功率密度随着温度的升高而显著升高，电解质层厚度为1mm的燃料电池的输出功率约为0.5mm的三分之二。提高温度可以使电池的实际效率迅速增加，温度在1000℃时，电池如果在电流密度为0.26A／cm~2状态下工作，其实际效率为48.6％。

全文目录

第一章绪论  7-18
  1．1 课题的意义  7-8
  1．2 燃料电池的特点和分类  8-10
  1．3 固体氧化物燃料电池的研究进展  10-16
    1．3．1 概述  10-11
    1．3．2 SOFC的结构设计  11-13
    1．3．3 SOFC的阳极和阴极材料研究  13-14
    1．3．4 固体电解质材料研究  14-15
    1．3．5 中温SOFC的研究  15-16
    1．3．6 甲烷作为SOFC的燃料研究  16
  1．4 本文的研究内容  16-18
第二章固体氧化物燃料电池的理论分析  18-30
  2．1 固体氧化物燃料电池的工作原理和特点  18-20
  2．2 开路电压、输出电压和过电位  20-24
  2．3 燃料电池开路电压的计算  24-27
    2．3．1 推导开路电压公式  24
    2．3．2 计算气体分压  24-25
    2．3．3 计算吉布斯函数（自由焓）变化△G_T~0  25-26
    2．3．4 计算开路电压  26-27
  2．4 燃料电池的功率和效率  27-30
    2．4．1 燃料电池的输出功率  27
    2．4．2 燃料电池的效率  27-30
第三章平板式固体氧化物燃料电池实验装置的设计及实验  30-38
  3．1 固体氧化物燃料电池片的制作  30-32
    3．1．1 燃料电池片材料的选择  30-31
    3．1．2 燃料电池片的制作  31-32
  3．2 单体电池的结构设计  32-34
  3．3 SOFC电性能测试系统的设计  34-35
  3．4 实验的操作过程和常见问题  35-38
    3．4．1 实验的操作过程  35-36
    3．4．2 实验中应注意的关键问题  36-38
第四章平板式固体氧化物燃料电池实验研究的结果及分析  38-52
  4．1 关于开路电压的实验结果及分析  38-44
    4．1．1 温度对开路电压的影响  38-39
    4．1．2 燃料气流量对开路电压的影响  39
    4．1．3 不同电极材料对开路电压的影响  39-43
    4．1．4 电池片破碎等事故对开路电压的影响  43
    4．1．5 开路电压实验测定值与理论计算值的比较  43-44
  4．2 实验单体电池的输出功率  44-48
    4．2．1 温度对电池输出功率的影响  44-46
    4．2．2 电解质层厚度对电池输出功率的影响  46-47
    4．2．3 接触电阻对电池输出功率的影响  47-48
  4．3 电池过电压分析  48-50
  4．4 实验单体电池的效率  50-52
第五章结论与展望  52-55
  5．1 结论  52-53
  5．2 展望  53-55
参考文献  55-57

固体氧化物燃料电池的实验研究

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