固體氧化物燃料電池Ni基陽極的硫毒化及再生研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）的陽極性能直接影響到整個電池在工作時的性能，電池工作時，陽極的性能決定燃料的氧化速率，并關(guān)系到電池的使用壽命和電池的制造與運(yùn)行成本。Ni與氧化物電解質(zhì)組成的多孔金屬陶瓷復(fù)合材料是目前非常成熟的SOFC陽極材料，其催化性能優(yōu)良，但是，在使用廉價的天然碳?xì)浠衔锶剂蠒r，其中含有硫化物會將SOFC陽極毒化，造成電池性能嚴(yán)重衰退。因此，對Ni基陽極的毒化再生研究是十分必要的。此外，CeO2基電解質(zhì)材料在用于SOFC

2、陽極時也可顯著改善其性能，但實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，CeO2基電解質(zhì)材料也會被燃料中的H2S毒化并導(dǎo)致電池性能衰退；包括La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ（LSCrM）在內(nèi)的氧化物陽極也都要面臨H2S毒化的問題，因此，需要專門針對SOFC陽極的硫毒化問題進(jìn)行研究，并對毒化后的陽極進(jìn)行一定程度的再生，使SOFC可以保持長期正常工作。
　　本文首先通過實(shí)驗(yàn)確定了Ni-YSZ、LSCrM、CeO2基電解質(zhì)被單質(zhì)S毒化及H2S毒化

3、的產(chǎn)物，分析其不同之處，發(fā)現(xiàn)H2的存在會造成了毒化產(chǎn)物的不同，當(dāng)有H2存在時，可以遏制單質(zhì)S對樣品毒化時硫酸鹽的產(chǎn)生。隨后，進(jìn)一步研究H2的存在對單質(zhì)S毒化的影響。通過測試毒化后的CeO2基電解質(zhì)在O2和N2氣氛下的交流阻抗譜，分析了毒化對其導(dǎo)電性的影響，并考察了O2對毒化產(chǎn)物的作用。
　　采用程序升溫氧化（TPO）技術(shù)，借助氣體質(zhì)譜分析儀探測尾氣中的SO2含量隨溫度變化來確定毒化后的樣品的氧化脫硫條件，藉以驗(yàn)證化學(xué)氧化實(shí)現(xiàn)脫硫的

4、可能性。研究發(fā)現(xiàn)，CeO2基電解質(zhì)與Ni-YSZ陽極在被硫毒化后通過直接的化學(xué)氧化再生是不可行的，通過化學(xué)氧化法不能完全實(shí)現(xiàn)毒化后Ni-YSZ陽極的再生。
　　開展了SOFC的Ni基陽極的毒化及再生研究，使用100 ppm H2S進(jìn)行毒化實(shí)驗(yàn)，然后分別采用化學(xué)氧化法和電化學(xué)還原法對陽極進(jìn)行再生，通過毒化前后電極阻抗譜的對比，判定陽極再生程度。隨后又將電化學(xué)還原再生法應(yīng)用于鉻酸鑭基陽極的毒化再生實(shí)驗(yàn)上，以進(jìn)一步確定該方法促使電極再生