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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、清洁的能源利用技术。电池堆是SOFC发电系统的核心部件,其优越的电输出性能和稳定性是SOFC商业化应用的前提。本论文重点就影响电池堆输出性能和稳定性的界面因素开展研究,分析连接件/电池的接触界面以及电池内部三相界面对电池堆整体性能的影响规律和作用机理。本论文的主要内容主要涉及以下几个方面: (1)电池/连接件的接触方式对电堆输出性能的影响。阳极与连接件的高温耦合面电阻绝对值较小,与电堆单元总电阻相比,可以忽略。电池/连接件界面接触的改善得益于接触点的增多以及金属连接件表面高电阻率氧化层的抑制。涂层连接件和阴极集流层所代表的界面接触拥有最小的界面接触电阻,是电堆中阴极/连接件的最优接触方式。 (2)采用等离子喷涂法制备了Ni80Cr20/(La0.75Sr0.25)0.95MnO3金属连接件复合涂层,并在两单元真实电池堆中对该涂层在SUS430金属连接件上的应用效果进行评估。结果表明,Ni80Cr20/(La0.75Sr0.25)0.95MnO3涂层不仅能够有效抑制金属连接件的氧化,还能提高电池堆的整体输出性能。 (3)定量研究了电池电极、电解质对电池整体输出性能的影响。阳极支撑SOFC电池电解质两端电压和输出功率分别约占电池总电压和总输出功率的97.3%和94.4%,是电池输出电压的最主要来源。电池电压对三相界面的欧姆电阻更加敏感,该欧姆电阻也是造成电池衰减的首要因素。阳极衰减是影响电池衰减的主要因素。阳极侧Ni颗粒的团聚是引起的极化电阻增大的重要原因,有效控制Ni的团聚有助于降低电池的衰减率。 (4)运用前期提出的内部电压探针引入方法,对LSCF-GDC和LSM-YSZ阴极在电池运行状态下的瞬时输出性能和稳定性进行了原位比较研究。研究结果表明,多孔且粗糙的GDC层界面使得LSCF-GDC阴极颗粒在GDC层表面拥有更为复杂的3D接触,LSCF-GDC阴极/GDC层界面TPB长度显著增加,从而提高了阴极/电解质界面的O催化活性,是造成LSCF电池输出性能优于LSM电池的根本原因。LSCF-GDC阴极内部的结构不稳定性,如内部微裂纹的出现,是造成其阴极输出性能衰减偏高的主要原因。