质子型h,2s固体氧化物燃料电池的性能研究

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1、南京理工大学硕士学位论文质子型H<,2>S固体氧化物燃料电池的性能研究姓名：冯凤申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：钟秦20070604硕l：论文质子型H2S同体氧化物燃料电池的性能研究摘要实验制备了适用于中温固体氧化物燃料电池的阴极和电解质，并组装成单体电池，用20％H2S和80％N2混合气体作燃料气，研究了电池的电性能以及阳极室中H2S的反应特性。采用尿素．硝酸盐燃烧法制备了3种钙铁矿型阴极前驱体粉末，分别记作LSCFl、LSCF2和LSCF3。在400℃～850℃内，3种阴极试样的电导率均随温度的升高而增大，850"C时达到最大值，之后随温度

2、升高而降低。3种阴极试样的电导率大小顺序为LscF》LSCFl>LscF3，850℃时，其电导率依次为l50．68S·cm一、89．26S·cmo和46．24S．cm～。采用尿素．硝酸盐燃烧法制备了3种钙钛矿型固体电解质，分别记作BCZY、CCZY和SCZY。在500℃,-050"12范围内，随着温度的升高，3种电解质的电导率均呈增大趋势。3种电解质的电导率大小顺序为BCZY>SCZY>CCZY。在500℃～750℃的中温范围，BCZY的电导率最高可达到lO五S·cm“以上。水蒸气浓差电池的电动势测试结果表明，3种钙钛矿型电解质是质子导体。以BCZY为电

3、解质，溶胶凝胶法制备的钴钼双元硫化物为阳极催化剂，LSCF2为阴极，组装了单体H2S固体氧化物燃料电池，对电池电输出性能进行实验研究。结果表明，单电池的输出电压随着电流密度的增大而逐渐减小；欧姆极化是电池电压损失的主要原因；升高温度后，电池电输出性能有所改善。常压下，燃料气流量为80mL·min"1时，600℃和800℃下电池的开路电压分别为O．55V和O．72V，最大电流密度分别为13．00mA·cm-2和35．93mA·cm。，最大输出功率分别为1．93mW·gnl-2和5．61mW．cm五。通过分析阳极室中成分，证实质子型H2S固体氧化物燃料电池的

4、主要产物是H20和单质S。H2S的直接电化学转化，是阳极室的主要反应：H2S热分解为S和H2、H2再发生电化学转化的连续反应是与其平行存在的副反应。燃料气中H2s脱除率随着温度的升高而增大。关键词：固体氧化物燃料电池，硫化氢，电解质，阴极顽}论文质了：型H2S周体氧化物燃料电池的性能研究AbstractCathodesandsolidelectrolytesusedforintermediatetemperaturesolidoxidefuelcell(SOFC)werepreparedbyureacombustionmethod．Singlefuelc

5、ellfedwinI20％H2S+80％N2wasstudied，referringpreparationandelectricalperformanceofthecell，responsecharacterisficofH2Sintheanodecompartment．Threecathodes(LSCFl，LSCF2，LSCF3)、Ⅳitllperovskitestructurewereprepared．TheconductivityWasimprovedbyincreasingtemperaturewithin400"C-850"C，whilede

6、creasedwhenthetemperaturehigherthan850℃．Andtheconductivityofthreecathodesisinfollowingorder：LSCF2>LSCFl>LSCF3．Themaximumconductivityofthemobtainedat850℃was150．68S·cm一、89．26S·cm"1、46．24S．cm～respectively．111eelectrolytes(BCZYCCZY,SCZY)withperovskitestructurewel'eprepared．Theconduct

7、ivitysequenceofthemisBCZY>SCZY>CCZY．Andtheconductivitywa冬improvedbyincreasingtemperaturewithin500℃—950℃．ThemaximumconductivityofBCZYWas10"2S·cm"‘within500"C-750"C．ItindicatedthatthreeelectrolyteswithperovskitestructurewereprotonconductorbyConcentrationCellMethod．Thesinglefuelcell

8、havingtheconfigurationofH2S，(CoS-M02S)／B