纳米颗粒掺杂修饰的mcfc复合阴极的制备方法探索及其性能研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文纳米颗粒掺杂修饰的MCFC复合阴极的制备方法±莱繁及其性能研究浙江理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。⋯黼张力而彬签字日期：≯1牛年弓月y日浙江理工大学硕士学位论文纳米颗茬掺杂修饰的MCFC

2、复合阴极的制备方法探索及其性能研艽学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江理王太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江堡王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者张磨谚勘多签字日期：x1斗年弓月歹日导师签名：乍咖∥签字日期：k忡年弓月箩日浙江璐。：大学硕士学位论文纳米颗粒掺杂修饰的MCFC复合阴极的制各方法探索及其

3、性能研究摘要随着世界经济的快速发展，能源危机和环境污染等问题相继出现，这促使人们不断寻求高效洁净的新能源。燃料电池(FC)作为继火力、水力和核能以后的第四种发电形式，具有高效，低噪音，负载能力强等优势，是一种极具潜力的新能源。目前已有很多国家大力推广、发展和应用燃料电池。其中熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)电站已进入商品化阶段，成为未来大型发电的主力之一。NiO材料因具有优良的电化学性能，而成为MCFC最常用的阴极材料。但其在融盐电解质中的长期稳定性影响了电池性能和寿命，并进而限制了MCFC的大规模商业

4、化发展。因此探究制备具有良好的稳定性、电化学性能且适于实际工业的新型阴极材料，是提高MCFC电池堆稳定性能及其寿命的重要前提和基础。本论文采用机械混合和电泳沉积技术(EPD)相结合的新方法探索制备了MCFC复合阴极材料，并对其各性能进行系统研究。通过溶胶．凝胶法制得C0304、LiC002和LiFe02纳米颗粒。将镍粉和C0304纳米颗粒以不同比例球磨混合，烧结制成不同掺杂比的多孔复合基体阴极I。利用自行研制的高温原位测试系统和各表征技术对基体阴极I强度和形变／溶解等性能进行测试分析筛选出较佳的掺杂比

5、。采用电泳沉积技术进一步将摩尔比为1：1的LiC002和LiFeO：两种纳米颗粒同时修饰至较佳的复合基体阴极I表面制成复合基体阴极II。本论文进一步对由复合基体阴极转化的复合工作阴极的热稳定性和电化学性能进行了深入的系统研究。经对比分析，最终确定具有优良的强度、抗形变性能、热稳定性及电化学性能的复合阴极材料及其制备方法。C0304的掺杂量、电泳电压、沉积时间以及悬浮液的pH值对复合基体阴极的形貌和性能有较大影响。采用机械混合法将C030。纳米颗粒修饰到多孔镍基体制成不同掺杂比的多孔复合基体阴极I。分析

6、表明，当掺杂比为2％，4％，6％和8％时掺杂效果较好，纳米颗粒均匀地分布在镍基体表面，且基体阴极材料具有良好的强度和韧性；当掺杂比为10％，13％和16％时，纳米颗粒在基体表面发生不同程度的堆积，导致材料组分不均，复合基体阴极的韧性也随之降低。对复合基体阴极I的形变／溶解测试结果表明，与传统多孔镍基体阴极相比，复合基体阴极I的形变和溶解均有不同程度的降低，其中掺杂比为2％，4％，6％和8％的复合基体阴极I显示出可忽略的形变和很低的溶解度，具有优良的抗溶解、抗形变性能。而掺杂比为10％，13％，16％的

7、复合基体阴极I的形变较大，且随着掺杂比的增加，形变愈明显。综合考虑复合基体阴极I的形貌、材料强度和韧性、抗形变／溶解浙江理工大学硕士学位论文纳米颗粒掺朵修饰的MCFC复合阴极的制备方法探索及其性能研究性能等筛选出C0304纳米颗粒较佳的掺杂比为2～6％。在此基础上，对选出的较佳复合基体阴极I进一步采用电泳沉积技术制备复合基体阴极II。结果表明，电泳沉积电压、悬浮液的pH值以及电泳沉积时间对电泳沉积效果有较大影响。当电泳沉积电压为45V左右，悬浮液的pH值为2左右，电泳沉积时间为1min左右时，电泳沉积

8、制备得到的复合阴极II效果较为理想，纳米颗粒均匀覆盖在基体表面且保持了基体的支脉状多孔结构。本论文进一步对由两种基体阴极转变的工作阴极的热稳定性和电化学性能进行了深入研究和对比。在模拟MCFC工作条件下，复合工作阴极I和复合工作阴极II均显示了良好的热稳定性。对比之下，复合工作阴极II显示出更佳的抗溶解性能，其中掺杂比为4％的复合阴极材料II在100h溶解度几乎为0。另外，与传统NiO阴极相比，复合工作阴极I和II也都显示出更佳的电化学性能。综上，采用机