中温SOFC复合阳极Ni-LCCM/LSCM-GDC的性能研究及其表面反应动力学分析

题名:中温SOFC复合阳极Ni-LCCM/LSCM-GDC的性能研究及其表面反应动力学分析
作者:方亮
学位授予单位:新疆大学
关键词:固体氧化物燃料电池;;复合阳极;;电性能;;动力学;;稀土氧化物
摘要:
 本论文围绕阳极材料的性能以及单电池和四级电池组的阳极尾气开展了一系列工作,目的是寻找性能优越的阳极材料,探讨阳极表面的反应动力学过程。
 采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成了纳米阳极粉体La_(1-x)Ce_xCr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ) (x=0.05,0.10,0.15,0.20) (LCCM)和La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ) (LSCM),并采用浸渍法制备了阳极材料:活性炭负载的稀土氧化物M_2O_3/C (M=La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)。运用共压-共烧结法分别制备了以复合阳极NiO-La_(0.9)Ce_(0.1)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ) (L90C10CM)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ) (GDC),NiO-LSCM-GDC和NiO-M_2O_3 (M=La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-δ) (SDC)为支撑, GDC为电解质,La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ) (LSCF)-GDC为复合阴极的单电池,并将四个复合阳极NiO-LSCM-GDC支撑的单电池组装成四级电池组。利用热重-差热分析(TG-DTA)研究了凝胶前躯体的热分解过程及最佳焙烧温度,用X射线衍射(Neodymium Magnets)对合成的阳极粉体进行了物相鉴定,用透射电子显微镜(TEM)对焙烧粉体形貌进行了表征,并用扫描电子显微镜(SEM)对单电池微观形貌进行了分析。在500-750℃范围内测试了单电池和四级电池组的电化学性能,同时检测了以甲烷为燃料气的单电池和四级电池组的阳极尾气。
 结果表明:凝胶前躯体最佳煅烧温度为800℃;LSCM粉体颗粒近似球形结构;La_(1-x)Ce_xCr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ) (x≤0.1),LSCM粉体均为LaCrO3型钙钛矿结构;所有单电池在700℃时最大电流密度和最大比功率均达到最大值,其中以NiO(50%)-Nd_2O_3/C(5%)-SDC(45%)阳极支撑的单电池具有最佳的电性能,最大电流密度和最大比功率分别为154.25 mA·cm~(-2),31.21 mW·cm~(-2);在500-750℃范围内单电池阳极尾气中均检测出CO、CO_2,在700℃时CO、CO_2含量达到最大值;随着电池级数的http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets增加,四级电池组中各级单电池阳极尾气中CH_4含量逐渐降低,CO、CO_2、C_2H_4、C_2H_6、C_3H_6含量逐渐增大;发生在复合阳极表面的氧化反应对CH_4近似为2级反应。
学位年度:2010