固體氧化物燃料電池Ni基陽極材料改性與穩(wěn)定性研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)作為可以將化學能直接轉(zhuǎn)換為電能的能源裝置，具有效率高、排放低、燃料適用范圍廣等優(yōu)點，引起社會廣泛關(guān)注。直接使用碳氫化合物如甲烷作為SOFC燃料進行發(fā)電被認為是未來SOFC重要發(fā)展方向之一。甲烷直接氧化的SOFC，在使用傳統(tǒng)Ni-YSZ金屬陶瓷為陽極時，易發(fā)生陽極積碳，導致電池性能嚴重衰減，限制了SOFC的商業(yè)化應(yīng)用。因此，本文從改善陽極結(jié)構(gòu)與組分出發(fā)，對Ni-YSZ進行優(yōu)化與改性，致力于提高陽極的性能與抑制

2、積碳能力。
　　(1)從陽極初始材料組成、造孔劑添加量、添加助劑種類對傳統(tǒng)Ni-YSZ陽極進行改性研究。NiO,YSZ和淀粉的質(zhì)量比為6:4:0.7時，單電池的電輸出性能最佳，800℃下，在氫氣中的最大功率密度為271.338mW·cm-2；在此基礎(chǔ)上，采用CeO2、TiO2、Al2O3等氧化物為助劑，添加至 Ni-YSZ陽極中，發(fā)現(xiàn)加入CeO2，電池性能提高至286.930mW·cm-2。干甲烷中，Ni-CeO2-YSZ陽極單電

3、池在的最大功率密度為169.819mW·cm-2，高于Ni-YSZ陽極單電池(139.139mW·cm-2)，且運行30分鐘后，Ni-CeO2-YSZ陽極性能衰減程度更小。
　　(2)使用色譜在線檢測陽極尾氣組成，詳細研究了低濃度(3.85%與7.41%)干甲烷在Ni-CeO2-YSZ陽極中的反應(yīng)特性。3.85%干甲烷下，Ni-CeO2-YSZ陽極中加入的CeO2，改變了陽極對CO2與H2O催化選擇性，影響CO2與H2O的生成順序

4、。CeO2能夠提高陽極輸運與存儲氧離子的能力，促進甲烷及其裂解產(chǎn)物發(fā)生氧化反應(yīng)，減緩陽極表面積碳的產(chǎn)生。
　　(3)采用硬模板法結(jié)合離子浸漬法，開發(fā)出一種新型高性能陽極材料BaO/Ni0.5Cu0.5Ox-YSZ。先使用硬模板法制備具有立體結(jié)構(gòu)的管狀YSZ作為多孔立體陽極框架，再將催化劑BaO/Ni0.5Cu0.5Ox分次浸漬到Y(jié)SZ骨架上得到BaO/Ni0.5Cu0.5Ox-YSZ復合陽極材料。SEM圖表明細小的BaO/Ni0.

5、5Cu0.5Ox顆粒附著在管狀YSZ表面，能夠增加陽極催化活性，擴大電化學反應(yīng)區(qū)域。以BaO/Ni0.5Cu0.5Ox-YSZ為陽極制作YSZ電解質(zhì)支撐的單電池，并在甲烷環(huán)境中進行發(fā)電性能測試，以及干甲烷中、低電流密度下的100小時長期穩(wěn)定性試驗。800℃下，單電池在氫氣、濕甲烷與干甲烷中輸出的最大功率密度分別442.730,253.860與322.517mW·cm-2。干甲烷中連續(xù)運行100小時，電池電壓降為2.12%，電性能基本保持