中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的性能優(yōu)化研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)由于其獨(dú)特的全固態(tài)結(jié)構(gòu)，環(huán)境友好，能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)勢(shì)，得到大家的廣泛關(guān)注。氫能是一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的新能源，被視為21世紀(jì)最具有潛力的能源之一。SOFC能夠使用氫氣作為原料，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可以便捷應(yīng)用的電能。SOFC和氫能的結(jié)合將有力的推動(dòng)SOFC的產(chǎn)業(yè)化和氫能經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)。不斷向產(chǎn)業(yè)化進(jìn)軍的SOFC，在商業(yè)化的道路上面臨諸多問(wèn)題，比如:電解質(zhì)材料的低溫性能，連接材料的選擇和匹配的封接材料等。目前

2、質(zhì)子導(dǎo)體型BaCeO3基電解質(zhì)材料穩(wěn)定性不好，氧離子導(dǎo)體CeO2基的材料開(kāi)路電壓較低，因此開(kāi)發(fā)新型的電解質(zhì)材料或?qū)σ呀?jīng)存在的電解質(zhì)材料性能進(jìn)行優(yōu)化非常有必要。本論文主要針對(duì)電解質(zhì)材料的性能優(yōu)化問(wèn)題開(kāi)展研究。
　　 在第一章中簡(jiǎn)要介紹了SOFC的原理和優(yōu)勢(shì)、質(zhì)子和氧離子傳導(dǎo)機(jī)理，以及SOFC的歷史發(fā)展趨勢(shì)和產(chǎn)業(yè)化的主要障礙。同時(shí)詳細(xì)介紹了各種SOFC電解質(zhì)材料及其制備方法，并給出了本論文的研究目標(biāo)和工作思路。
　　 第二章

3、中制備了In，Ta共摻雜BaCeO3基的電解質(zhì)材料，對(duì)其性能進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，燒結(jié)性能良好的電解質(zhì)材料。并制備出44μm厚電解質(zhì)層的單電池，性能測(cè)試反映其具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
　　 第三章研究了BaCe0.7In0.3O3-δ(BCI)和Gd0.1Ce0.9O2-δ(GDC)的混合電解質(zhì)材料。不同比例的BCI-GDC質(zhì)子氧離子混合導(dǎo)體材料的開(kāi)路電壓明顯高于單相GDC電解質(zhì)。制備和表征了不同比例的BCI和GDC混合

4、電解質(zhì)及單電池，發(fā)現(xiàn):30％的BCI加入GDC(BCI3-GDC7)中提高了GDC的開(kāi)路電壓，同時(shí)沒(méi)有降低GDC的功率密度;當(dāng)BCI和GDC的混合比例是1∶1(BCI5-GDC5)時(shí)，BCI5-GDC5電解質(zhì)在600℃的條件下的開(kāi)路電壓(OCV)為0.97V，最大功率密度(Pmax)為201mW/cm2;而混合電解質(zhì)中BCI的含量達(dá)到70％(BCI7-GDC3)時(shí)，其在600℃下的OCV和Pmax分別是0.99V和264mW/cm2。由