论文部分内容阅读
固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC),在将氢燃料的化学能转化为电能的电化学过程中,是一种最为有效的设备,具有高功率密度、低排放等优点。SOFC分为氧离子电导SOFC (SOFC-O)、质子电导SOFC (SOFC-H)及混合电导SOFC。本文针对SOFC的一个研究方向中低温化,对SOFC-O的梯度化阴极以及SOFC-H的复合电解质进行了研究。(1)SOFC-O梯度化阴极的研究在中低温条件下电解质薄膜化后,影响电池效率的主要因素是电极的催化活性和极化损失。由于降低SOFC的工作温度会使电池的阴极极化电阻迅速增大,因此必须降低阴极极化电阻来确保SOFC在中低温条件下获得理想的电化学性能。为了降低电极极化电阻,本文采用离子和电子混合电导的电极材料(SSC-SDC)及优化电极微观结构,即制备功能梯度多层阴极。结果表明,复合浆料旋涂结合热处理可以有效地在基板表面制备出复合阴极层,且制备的阴极层与基板结合良好；通过使用氨基乙酸法和固相合成法制备的粉末,实现了阴极中晶粒尺度的调控；通过控制浆料中SSC和SDC相对含量获得了组分梯度；控制造孔剂含量有效地实现孔隙度的调控,从而获得在中低温SOFC中具有良好应用价值的梯度阴极。(2)SOFC-H复合电解质的研究采用质子电导电解质是中低温SOFC发展的一个趋势。本文对用于质子交换膜燃料电池的质子电导玻璃与常规的陶瓷基质子电导材料进行复合,以综合利用两者分别在低温以及中低温条件下质子电导特性,综合两者不同的质子电导机制,从而扩展SOFC工作温度范围。实验结果表明,复合电解质的烧结温度降低,致密度提高。复合电解质的电导率较高,成分为100%BCZY电解质的电导率则相对较低。就输出性能而言,玻璃的掺入,使单电池在更宽的工作温度范围内有更高更稳定的输出性能,有效实现了SOFC的中低温化。