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带有缓冲层和纳米阳极镓酸镧基SOFC的性能

作　者: 董海密
导　师: 贺天民
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掺杂镓酸镧界面反应纳米阳极材料电化学性能
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

由于阳极中的Ni与掺杂镓酸镧电解质LSGM中的镧反应会降低固体氧化物燃料电池(SOFC)的输出性能。因此避免阳极和电解质之间的反应,已成为国际上一个重要的研究方向。本文研究了用干压法在阳极支撑体上制备出带有SDC缓冲层的LSGMC电解质膜性能。研究表明,在阳极和电解质之间加入缓冲层,有效地阻止了阳极中Ni向电解质扩散。1400℃烧结6h的电解质膜在800℃和850℃时的电导率分别达到了0.189和0.235S/cm。用1300℃预烧的原粉所制成的电解质膜,经1400℃烧结10h所构成的电池在850℃和900℃时最大功率密度分别达到了232.6和243.8mW/cm2。用甘氨酸—硝酸盐法所制备的纳米NiO/GDC复合阳极,可降低阳极的烧结温度。研究表明,1100℃烧结的NiO/GDC复合阳极,在LSGM电解质中未观察到Ni的扩散。850℃和900℃时电池的最大输出功率分别达到了355mW/cm2和487mW/cm2。电池性能明显高于以Ni/CeO2、Ni/LSGM、和LSCM为阳极的电池性能。本文的研究证明,添加缓冲层和使用纳米阳极材料可有效地避免含镍阳极与电解质反应,从而改进电池性能。

全文目录

提要  4-7
第一章前言  7-19
  1.1 燃料电池简介  7-8
  1.2 固体氧化物燃料电池及其工作原理  8-10
  1.3 固体氧化物燃料电池组件  10-16
    1.3.1 固体电解质  11-14
    1.3.2 电极材料  14-15
    1.3.3 连接材料  15-16
  1.4 LSGM 电解质的研究概况及存在问题  16-18
  1.5 本文的研究目的和主要工作  18-19
第二章干压法制备带有缓冲层的LSGMC 电解质膜及其性能  19-49
  2.1 引言  19-21
  2.2 样品的制备  21-24
    2.2.1 原料  21
    2.2.2 制备方法  21-24
      2.2.2.1 甘氨酸－硝酸盐法合成LSGMC 纳米原粉  21-22
      2.2.2.2 阳极支撑体上电解质膜的制备  22-23
      2.2.2.3 阴极的制备  23
      2.2.2.4 SOFC 的制备与组装  23-24
  2.3 样品的测试及结果分析  24-49
    2.3.1 X 光测试及结果分析  24-28
    2.3.2 LSGMC 膜电导率的测量  28-37
      2.3.2.1 不同温度烧结的LSGMC 电解质膜的电学性能  29-31
      2.3.2.2 保温时间对电解质膜电学性能的影响  31-33
      2.3.2.3 不同温度预烧电解质原粉对电学性能的影响  33-34
      2.3.2.4 单层膜和双层膜电解质电学性能的比较  34-37
    2.3.3 LSGMC 膜的形貌表征  37-41
    2.3.4 氢气-空气燃料电池实验  41-49
第三章以纳米NiO/GDC 为阳极的镓酸镧基固体氧化物燃料电池性能  49-69
  3.1 引言  49-51
  3.2 样品的制备  51-53
    3.2.1 原料  51
    3.2.2 制备方法  51-53
      3.2.2.1 甘氨酸－硝酸盐法合成LSGM 纳米原粉  51-52
      3.2.2.2 阳极的制备  52
      3.2.2.3 阴极的制备.  52
      3.2.2.4 SOFC 的制备与组装  52-53
  3.3 样品的测试及结果分析  53-69
    3.3.1 X 光测试及结果分析  53-56
    3.3.2 透射电镜测试（TEM）及结果分析  56-58
    3.3.3 TGA 测试  58-60
    3.3.4 阻抗谱测试  60-62
    3.3.5 SEM 和能谱分析  62-65
    3.3.6 LSGM 电解质的电池性能  65-69
第四章结论  69-72
参考文献  72-80
摘要  80-83
Abstract  83-86
致谢  86

带有缓冲层和纳米阳极镓酸镧基SOFC的性能

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