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氨燃料质子导体固态氧化物燃料电池的研究

作　者: 马千里
导　师: 孟广耀
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 材料学
关键词: 中国科学技术大学高温质子导体电解质材料燃料电池博士学位论文电导率电池性能关键材料氢燃料氧离子
分类号: TM911.4
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 328次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

作为一种新型的能源技术，燃料电池优点良多，被誉为21世纪的绿色电源。其中，固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells，SOFCs）因能量转化率高以及燃料适应范围广等突出优点脱颖而出，成为优先发展的一类。目前较为成熟的SOFC技术均基于氧离子导体电解质，如稳定氧化锆（YSZ），掺杂氧化铈（DCO）等。然而，它们分别存在中温下电导率不足，还原气氛下化学组成不稳定等缺点。就SOFC的操作原理而言，实际上质子导体与氧离子导体同样都能作为电解质，且基于钙钛矿型物质的质子导体电解质在很多方面也有其超越氧离子导体的优点，但目前其发展相对比较滞后。另外，随着市场上对SOFC的小型化，集散化和可移动化日益高涨的需求，液体燃料越来越受到青睐，而目前SOFC的常用燃料为氢气或烃类物质，前者价格昂贵，难以储运；后者易于积碳，给阳极材料的选择带来很大的难题。针对以上问题，本论文致力于发展质子导体SOFC电解质以及极易液化的工业液氨燃料。论文首先综述了SOFC的工作原理，关键材料，并讨论了部分关键的工作机理（第一，二章）；而后从降低烧结温度，提高电池输出的角度出发，分别研究了厚膜与薄膜质子导体SOFC的制备以及性能表征（第三章）；其后针对氢和烃类燃料的缺点，尝试以氨气作为质子导体或氧离子导体SOFC的燃料，研究其电池性能，评价氨代替氢和烃类燃料的可能性（第四章）；另外，盐-氧化物复合电解质也被初步考虑作为中低温SOFC的电解质（第五章）。主要研究成果归纳如下： 1．质子导体SOFC的制备和性能研究：目前已有文献报道的质子导体SOFC多使用钙钛矿型材料作为电解质，其电池构型均为厚膜的电解质支撑。这种构型的一大问题是烧结温度过高（＞1500℃），从而增加了制备成本。本论文中，掺杂助烧结剂与粒子级配法被试用于降低掺杂BaCeO₃材料的烧结温度。通过添加合适剂量的氧化钴以及使用不同大小的初始粒子，掺杂BaCeO₃的烧结温度可被降低到1300℃左右。进一步的优化研究显示，如兼顾烧结与电导两方面因素，氧化钴的最佳掺杂量应为1％。另外，实验中也发现了掺钴样品的开路电压（OCV）在低温区反常下降的现象，进而初步讨论钴的掺入改变掺杂BaCeO₃导电方式的

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-9
Abstract  9-12
第一章与本论文相关的固体氧化物燃料电池关键材料的概述  12-43
  第一节固体氧化物燃料电池概述  12-24
  第二节 SOFC的关键材料  24-35
  本论文选题的思路及研究的主要内容  35-37
  参考文献  37-43
第二章钙钛矿型高温质子导体的发展,稳定性及导电机理  43-65
  第一节钙钛矿型高温质子导体的发展  43-46
  第二节钙钛矿型高温质子导体的稳定性  46-51
  第三节钙钛矿型质子导体的质子传输机理研究  51-62
  本章小节  62-63
  参考文献  63-65
第三章质子导体SOFC的制备与表征  65-105
  第一节厚膜材料的质子电导SOFC  65-89
  第二节薄膜材料的质子电导SOFC  89-101
  本章小节  101-103
  参考文献  103-105
第四章氨燃料SOFC  105-127
  第一节氨燃料综述  106-109
  第二节以氨为燃料的质子导体燃料电池  109-113
  第三节以氨为燃料的氧离子导体燃料电池  113-125
  本章总结  125-126
  参考文献  126-127
第五章中低温燃料电池的初步研究  127-138
  第一节材料的选择  128-131
  第二节实验方法  131-132
  第三节实验结果与讨论  132-136
  本章小节  136-137
  参考文献  137-138
攻读博士学位期间发表论文目录  138

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