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固体氧化物燃料电池阳极材料Ni-SDC和Ni-GDC的制备及性能研究

作　者: 张代生
导　师: 刘晓梅
学　校: 吉林大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 固体氧化物燃料电池 阳极 Ni-SDC Ni-GDC
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


本文通过对中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）阳极材料Ni-Ce0.85Sm0.15O2-δ（SDC）和Ni-Ce0.9Gd0.1O1.95（GDC）的合成和电化学性能的测试,研究了微结构及材料组分对阳极性能的影响。Ni-SDC和Ni-GDC是中温固体氧化物燃料电池阳极材料。本文通过改变晶粒尺寸来调整微观结构。用甘氨酸-硝酸盐法制备SDC、GDC和NiO粉末,将不同温度预烧的粉末按照NiO与电解质的质量比为65:35,用机械混合法制成阳极。其中,用甘氨酸-硝酸盐法制备SDC﹑GDC与NiO粉末,将三种粉末在600℃预烧,混合后得到的Ni-SDC和Ni-GDC复合阳极具有优异的电化学性能。在600℃时,Ni-SDC阳极样品在氢气气氛下的电导率达到了3534 Scm-1,电流密度为0.5 Acm-2时样品过电位是0.18 V。在前面研究的基础上,选择具有最佳性能的Ni-SDC,即用甘氨酸-硝酸盐法制备初始粉末、在600℃预烧的SDC和NiO,按照不同的Ni质量比制备一系列Ni-SDC复合阳极材料。结果表明,阳极材料的电导率很大程度上取决于Ni的含量,电导率与Ni含量的关系呈S形趋势,根据渗透理论可以解释为复合阳极材料中存在两种导电机制,即穿过Ni相的电子导电通道和穿过SDC相的离子导电通道,电导率的渗透阈值是30%质量的Ni。含有30%质量的Ni的样品还原后600℃电导率779Scm-1。Ni-SDC复合阳极材料的电导率在Ni质量比为60%时最高,600℃电导率达到了3534 Scm-1。

全文目录


第一章 引言  8-19
  1.1 燃料电池简介  8-9
  1.2 固体氧化物燃料电池  9-10
  1.3 固体氧化物燃料电池的工作原理  10
  1.4 固体氧化物燃料电池材料选择  10-17
    1.4.1 固体氧化物电解质  10-12
    1.4.2 阳极材料及H_2氧化的动力学  12-16
    1.4.3 阴极材料  16-17
    1.4.4 连接材料  17
    1.4.5 密封材料  17
  1.5 固体氧化物燃料电池的研究前景  17-18
  1.6 本文的工作目的和意义  18-19
第二章 样品的制备方法及测试手段  19-26
  2.1 实验仪器  19-20
  2.2 甘氨酸-硝酸盐法简介(Glycine-nitrate process,GNP)  20-21
  2.3 测试手段和表征方法  21-26
    2.3.1 高温电导率测试  22-23
    2.3.2 电极极化测试  23-26
第三章 微结构对Ni-SDC阳极性能影响的研究  26-44
  3.1 引言  26-27
  3.2 阳极材料的合成及电极的制备  27-29
    3.2.1 甘氨酸-硝酸盐法制备SDC、NiO  27-29
  3.3 物性测试及性能研究  29-39
    3.3.1 XRD谱分析  29-31
    3.3.2 样品表面的光学显微照片分析  31-33
    3.3.3 高温电导率  33-35
    3.3.4 极化测试  35-38
    3.3.5 单电池实验  38-39
  3.4 用甘氨酸-硝酸盐法制备初始粉末、在不同温度烧结的NiO、SDC制备的阳极的高温电导率的测量  39-42
  3.5 本章小结  42-44
第四章 微结构对Ni-GDC阳极性能影响的研究  44-51
  4.1 引言  44
  4.2 阳极材料的合成及电极的制备  44-46
  4.3 物性测试及性能研究  46-50
    4.3.1 高温电导率  46-48
    4.3.2 极化测试  48-49
    4.3.3 SDC600-Ni0600 阳极与GDC600-Ni0600 阳极电导率的比较  49-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 Ni-SDC阳极的性能随Ni掺杂量变化的研究  51-57
  5.1 引言  51
  5.2 阳极材料的合成及电极的制备  51
  5.3 物性测试及性能研究  51-56
    5.3.1 XRD谱分析  51-53
    5.3.2 高温电导率  53-56
  5.4 本章小结  56-57
第六章 结论与展望  57-60
  6.1 结论  57-59
  6.2 展望  59-60
参考文献  60-67
摘要  67-70
Abstract  70-73
致谢  73-75
导师及作者简介  75

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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