基于Ca3Co4O9熱電陰極材料固體氧化物燃料電池的研究.pdf

1、目前,為了解決能源問題和環(huán)境問題這兩大迫切危機,最為重要的是更加清潔有效的利用現(xiàn)有的化石能源,進一步減少二氧化碳的產(chǎn)生和排放,減少對環(huán)境的污染,提高能源的利用效率。在這一背景之下,尋找和開發(fā)新能源解決方案來替代化石能源已經(jīng)成為全世界人類都在思考的探索的重要課題。化學(xué)電源作為一種高效的能量轉(zhuǎn)換和儲存設(shè)備,受到了廣泛的關(guān)注和深入的研究。燃料電池作為現(xiàn)代化學(xué)電源的一種,能夠持續(xù)不斷的將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,其工作原理和傳統(tǒng)的電池完全不同。只要有源

2、源不斷的燃料和氧氣,它就可以不斷的產(chǎn)生電能,更類似于發(fā)電機而不是電池。燃料電池因為其高效率、無污染、無噪音、環(huán)境友好、能量密度大等優(yōu)點,必將在發(fā)展清潔能源的過程中扮演重要的角色,也必將對人類的生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生重大而且積極的影響。
　　本文以Ca3Co4O9熱電陰極材料為研究對象,繼續(xù)研究中溫范圍內(nèi)的熱電陰極材料利用固體氧化物燃料電池工作時產(chǎn)生的廢熱進一步提高燃料電池能量利用率的熱電固體氧化物燃料電池概念。通過一系列測試手段證明了這

3、種材料有良好的催化活性,并且在于電解質(zhì)的匹配性上比傳統(tǒng)鈷基氧化物陰極材料有明顯提高。
　　Ca3Co4O9作為常規(guī)燃料電池陰極材料測試了單電池的功率密度,在H2為燃料空氣為氧化劑的條件下,800和750℃的功率密度分別為779和581mWcm-2。說明Ca3Co4O9作為燃料電池陰極材料有較好的電化學(xué)性能。Ca3Co4O9作為熱電燃料電池陰極材料測試了其熱電電壓,發(fā)現(xiàn)其熱電附加電壓為10.2mV,證明熱電陰極材料確實可以利用燃料電

4、池工作時產(chǎn)生的多余熱量。在100至800℃范圍內(nèi),Ca3Co4O9的TEC分布在(6-12)×10-6K-1之間,這與之前研究表明的LSGM電解質(zhì)的TEC(10-13)×10-6K-1很接近,說明這一材料與LSGM等電解質(zhì)在熱膨脹系數(shù)方面很匹配。
　　使用流延疊層共燒結(jié)的方法制備出電解質(zhì)自支撐的薄膜型固體氧化物燃料電池,其致密電解質(zhì)層厚度約為10至15μm。通過浸漬的方法在這一結(jié)構(gòu)上制備了電極材料,其中陰極為前面討論過的Ca3Co