本文主要研究内容
作者汪维（2019）在《流延成型法制备直接碳固体氧化物燃料电池的研究及应用》一文中研究指出：直接碳固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）因具备能量密度高、环境友好、无须贵金属催化剂、全固态结构等显著优点而受到世界各国研究者的关注。本论文的研究内容围绕流延成型法制备的DC-SOFC及其在便携式电源方面的应用而展开:深入探讨了流延成型法制备的Ni-YSZ阳极支撑的DC-SOFC及其YSZ电解质与LSCF阴极之间的问题;制备了一种新型的通过在电解质上打孔实现单电池串联的DC-SOFC电池组;同时,采用水系流延成型法制备了电解质支撑的DC-SOFC,为降低电池的制备成本、消除有机溶剂浆料造成的环境污染问题提供了实验基础。流延成型法作为一种工艺简单、成本低廉、可实现工业化和大规模生产的陶瓷成型工艺,不仅适合用于制备电解质薄膜,还适用于制备电极薄膜。本文采用流延成型法制备了阳极支撑的固体氧化物燃料电池（SOFC）,电解质材料为钇稳定化的氧化锆（YSZ）,阳极为镍和YSZ构成的金属陶瓷（Ni-YSZ）,阴极为LSCF-GDC/LSCF复合材料,同时在阴极与电解质之间制备了YSZ-GDC/GDC双过渡层。分别采用含3 vol.%H2O的加湿氢气和担载5 wt.%Fe的活性炭为燃料,对电池的输出性能及阻抗谱进行测试。采用加湿氢气为燃料的测试结果表明:在800℃下,采用双过渡层电池的开路电压达到1 V,最大功率密度为680 mW×cm-2,相比未改良电池的最大功率密度(372 mW×cm-2)提高了83%。采用活性碳为燃料时,具有双过渡层的电池在850℃时的开路电压达到0.95 V,最大输出功率密度达到429 mW×cm-2,比无双过渡层的电池(225 mW×cm-2)几乎高出1倍。特别是,双过渡层的加入还使直接使用碳燃料的SOFC的燃料利用率提高了33%。虽然阳极支撑的DC-SOFC的功率密度比较高,但是其机械强度以及稳定性远远不如电解质支撑的电池,这极大削弱了阳极支撑DC-SOFC的实际应用价值。为了进一步提升DC-SOFC在实际应用中的可行性,本文采用流延成型法制备了单片平板式电解质支撑的四节串联DC-SOFC电堆。通过Zeta电位和粘度的表征,对YSZ电解质流延成型浆料进行了表征和优化。然后采用优化后的浆料制备带电连接孔的电解质平板,总有效面积为8.8 cm2。以5 g担载5 wt.%Fe的活性炭作为燃料对电堆进行电化学测试,在820℃,其开路电压为3.82 V,输出功率达到了2.2 W。在800℃下,以200 mA的恒定电流放电,在超过3.0 V的电压平台下稳定放电达10.5 h,然后在14 h后电压降为0 V,总放电能量为8.6 W×h。本工作为DC-SOFC在便携式或分布式电源的应用开发提供了理论依据。以上实验中的DC-SOFC都是采用非水系流延成型工艺制备的,虽然该工艺干燥速率快,润湿性能好,生坯质量高,但是其溶剂易燃且成本高。而水系溶剂具有无毒无害、不易燃、易获取、成本低的优点,因此而逐渐取代了非水系流延成型工艺。但水系流延成型工艺用于YSZ电解质制备的研究有限,限制了其应用和发展。为此,本文研究了采用水系流延成型工艺制备YSZ电解质支撑的DC-SOFC。通过采用红外加热装置加快了生坯的干燥速率,缩短了电池的制备周期。同时,通过在电解质浆料中加入4 wt.%Al2O3助烧剂以及控制烧结温度,不仅促进了YSZ电解质的烧结,同时还提高了电池的电化学性能。然后,将含有4 wt.%Al2O3且烧结温度为1450℃的电解质组装成电池,以0.5 g担载Fe（5 wt.%）的活性炭为燃料进行测试,该电池在850℃的开路电压为1.00V,最大功率密度为351 mW×cm-2,在800℃、30 mA的恒电流下持续放电时间长达25.3h,能量密度为0.82 W×h×g-1。
Abstract
zhi jie tan gu ti yang hua wu ran liao dian chi （DC-SOFC）yin ju bei neng liang mi du gao 、huan jing you hao 、mo xu gui jin shu cui hua ji 、quan gu tai jie gou deng xian zhe you dian er shou dao shi jie ge guo yan jiu zhe de guan zhu 。ben lun wen de yan jiu nei rong wei rao liu yan cheng xing fa zhi bei de DC-SOFCji ji zai bian xie shi dian yuan fang mian de ying yong er zhan kai :shen ru tan tao le liu yan cheng xing fa zhi bei de Ni-YSZyang ji zhi cheng de DC-SOFCji ji YSZdian jie zhi yu LSCFyin ji zhi jian de wen ti ;zhi bei le yi chong xin xing de tong guo zai dian jie zhi shang da kong shi xian chan dian chi chuan lian de DC-SOFCdian chi zu ;tong shi ,cai yong shui ji liu yan cheng xing fa zhi bei le dian jie zhi zhi cheng de DC-SOFC,wei jiang di dian chi de zhi bei cheng ben 、xiao chu you ji rong ji jiang liao zao cheng de huan jing wu ran wen ti di gong le shi yan ji chu 。liu yan cheng xing fa zuo wei yi chong gong yi jian chan 、cheng ben di lian 、ke shi xian gong ye hua he da gui mo sheng chan de tao ci cheng xing gong yi ,bu jin kuo ge yong yu zhi bei dian jie zhi bao mo ,hai kuo yong yu zhi bei dian ji bao mo 。ben wen cai yong liu yan cheng xing fa zhi bei le yang ji zhi cheng de gu ti yang hua wu ran liao dian chi （SOFC）,dian jie zhi cai liao wei yi wen ding hua de yang hua gao （YSZ）,yang ji wei nie he YSZgou cheng de jin shu tao ci （Ni-YSZ）,yin ji wei LSCF-GDC/LSCFfu ge cai liao ,tong shi zai yin ji yu dian jie zhi zhi jian zhi bei le YSZ-GDC/GDCshuang guo du ceng 。fen bie cai yong han 3 vol.%H2Ode jia shi qing qi he dan zai 5 wt.%Fede huo xing tan wei ran liao ,dui dian chi de shu chu xing neng ji zu kang pu jin hang ce shi 。cai yong jia shi qing qi wei ran liao de ce shi jie guo biao ming :zai 800℃xia ,cai yong shuang guo du ceng dian chi de kai lu dian ya da dao 1 V,zui da gong lv mi du wei 680 mW×cm-2,xiang bi wei gai liang dian chi de zui da gong lv mi du (372 mW×cm-2)di gao le 83%。cai yong huo xing tan wei ran liao shi ,ju you shuang guo du ceng de dian chi zai 850℃shi de kai lu dian ya da dao 0.95 V,zui da shu chu gong lv mi du da dao 429 mW×cm-2,bi mo shuang guo du ceng de dian chi (225 mW×cm-2)ji hu gao chu 1bei 。te bie shi ,shuang guo du ceng de jia ru hai shi zhi jie shi yong tan ran liao de SOFCde ran liao li yong lv di gao le 33%。sui ran yang ji zhi cheng de DC-SOFCde gong lv mi du bi jiao gao ,dan shi ji ji xie jiang du yi ji wen ding xing yuan yuan bu ru dian jie zhi zhi cheng de dian chi ,zhe ji da xiao ruo le yang ji zhi cheng DC-SOFCde shi ji ying yong jia zhi 。wei le jin yi bu di sheng DC-SOFCzai shi ji ying yong zhong de ke hang xing ,ben wen cai yong liu yan cheng xing fa zhi bei le chan pian ping ban shi dian jie zhi zhi cheng de si jie chuan lian DC-SOFCdian dui 。tong guo Zetadian wei he nian du de biao zheng ,dui YSZdian jie zhi liu yan cheng xing jiang liao jin hang le biao zheng he you hua 。ran hou cai yong you hua hou de jiang liao zhi bei dai dian lian jie kong de dian jie zhi ping ban ,zong you xiao mian ji wei 8.8 cm2。yi 5 gdan zai 5 wt.%Fede huo xing tan zuo wei ran liao dui dian dui jin hang dian hua xue ce shi ,zai 820℃,ji kai lu dian ya wei 3.82 V,shu chu gong lv da dao le 2.2 W。zai 800℃xia ,yi 200 mAde heng ding dian liu fang dian ,zai chao guo 3.0 Vde dian ya ping tai xia wen ding fang dian da 10.5 h,ran hou zai 14 hhou dian ya jiang wei 0 V,zong fang dian neng liang wei 8.6 W×h。ben gong zuo wei DC-SOFCzai bian xie shi huo fen bu shi dian yuan de ying yong kai fa di gong le li lun yi ju 。yi shang shi yan zhong de DC-SOFCdou shi cai yong fei shui ji liu yan cheng xing gong yi zhi bei de ,sui ran gai gong yi gan zao su lv kuai ,run shi xing neng hao ,sheng pi zhi liang gao ,dan shi ji rong ji yi ran ju cheng ben gao 。er shui ji rong ji ju you mo du mo hai 、bu yi ran 、yi huo qu 、cheng ben di de you dian ,yin ci er zhu jian qu dai le fei shui ji liu yan cheng xing gong yi 。dan shui ji liu yan cheng xing gong yi yong yu YSZdian jie zhi zhi bei de yan jiu you xian ,xian zhi le ji ying yong he fa zhan 。wei ci ,ben wen yan jiu le cai yong shui ji liu yan cheng xing gong yi zhi bei YSZdian jie zhi zhi cheng de DC-SOFC。tong guo cai yong gong wai jia re zhuang zhi jia kuai le sheng pi de gan zao su lv ,su duan le dian chi de zhi bei zhou ji 。tong shi ,tong guo zai dian jie zhi jiang liao zhong jia ru 4 wt.%Al2O3zhu shao ji yi ji kong zhi shao jie wen du ,bu jin cu jin le YSZdian jie zhi de shao jie ,tong shi hai di gao le dian chi de dian hua xue xing neng 。ran hou ,jiang han you 4 wt.%Al2O3ju shao jie wen du wei 1450℃de dian jie zhi zu zhuang cheng dian chi ,yi 0.5 gdan zai Fe（5 wt.%）de huo xing tan wei ran liao jin hang ce shi ,gai dian chi zai 850℃de kai lu dian ya wei 1.00V,zui da gong lv mi du wei 351 mW×cm-2,zai 800℃、30 mAde heng dian liu xia chi xu fang dian shi jian chang da 25.3h,neng liang mi du wei 0.82 W×h×g-1。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自华南理工大学的汪维，发表于刊物华南理工大学2019-10-23论文，是一篇关于直接碳固体氧化物燃料电池论文,流延成型法论文,双过渡层阴极论文,电解质平板论文,水系浆料论文,华南理工大学2019-10-23论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自华南理工大学2019-10-23论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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