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固体氧化物燃料电池（SOFC）是全固态结构的新型发电装置,具有能量转化效率高、污染排放少、无须贵金属材料且燃料适用范围广等优点。直接使用固体碳为燃料的直接碳固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）既具有传统使用气体燃料SOFC的优势,还具有固体碳能量密度高、价格低廉和来源广泛的优点,在小型发电设备和分布式电源等领域具有广泛的应用前景。基于高碳含量的农业废弃物产量大且来源集中的特点,本文首先探讨采用多种生物质炭燃料时DC-SOFC的性能,比较不同生物质炭的组成和结构对DC-SOFC电池性能的影响,为建立分布式DC-SOFC发电系统提供理论和实验依据。面向DC-SOFC的实用化,本文还研究和制备基于单片电解质的无密封多节串联电池组,所提出的基于单片电解质的无密封电池组结构,避免了对电解质打孔和双极板的使用,电池组表现出优异的输出性能和自维持性;最后,采用丝网印刷法批量地制备多节串联电池组,为推动DC-SOFC在便携式电源领域的产业化应用提供技术支持。本论文首先对源于甘蔗渣、玉米芯和麦秸秆的生物质炭为燃料时DC-SOFC电化学性能的不同进行了初步探究。通过干压法制备电解质支撑型扣式SOFC,电池结构为Ag-GDC/YSZ/Ag-GDC。当使用甘蔗渣炭为燃料时,在800oC下电池的最大功率密度达到260 mW cm-2。以140 mA cm-2进行恒电流放电测试,电池能够连续工作22 h。采用TGA、SEM、EDX、XRD和Raman等手段表征麦秸秆炭、玉米芯炭和甘蔗渣炭的组成和结构,结果表明甘蔗渣炭具有较高程度的无序化结构、低的振实密度,S和Si的含量较少且存在K2CO3等Boudouard反应催化剂,GC测试也表明在800oC下甘蔗渣炭的Boudouard反应速率最快。综上,以甘蔗渣炭为燃料的DC-SOFC能够表现出优异的电化学性能。接下来为了减小电池组的体积,简化生产工序,成功开发了一种基于单片电解质的无密封多节串联DC-SOFC电池组。通过对DC-SOFC的阳极机理和反应动力学探究,发现在DC-SOFC阳极侧的反应的气体总量会不断增加。当反应速度足够快时,无须严格密封的电池也具有优异的输出性能。在电极表面绘制银网格作为电荷收集器,能够进一步提高电池的性能。单电池结构为Ag-GDC/YSZ/Ag-GDC的无密封八节串联DC-SOFC电池组在830oC时开路电压为8.2 V,最大输出功率达到7.4 W。十二节串联电池组在800oC时开路电压达到了10.9 V,最大功率输出达到11.3 W。电池组能够以1.5 A恒电流稳定工作63.5 min。结果证明了无密封DC-SOFC的可行性和自维持性。由于基于单片电解质片的无密封多节串联DC-SOFC结构简单且能够表现出较为优异的输出性能,因此十分适用于便携式电源领域。本文采用丝网印刷法这种成本低、工艺简单、生产效率高的工艺方法,成功地批量制备了十二节串联的SOFC电池组。将其组装成无密封DC-SOFC电池组,在800oC时电池组的开路电压达到了11 V,最大输出功率达到了10.45 W。电池组能够以1.5 A恒电流稳定工作80.5 min。通过以上的研究工作,证明了甘蔗渣炭是一种优异的DC-SOFC燃料,扩展了燃料的选择范围。制备了基于单片电解质片的无密封结构的多节串联DC-SOFC电池组,并通过丝网印刷法成功实现了批量生产。为DC-SOFC在便携式电源应用领域提供了重要的实验依据和技术支持。