探析固体氧化物燃料电池阳极材料及直接炭燃料电池的研究

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1、天津大学硕士学位论文固体氧化物燃料电池阳极材料及直接炭燃料电池的研究姓名：牛晓萌申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：陈明鸣20070601．中文摘要固体氧化物燃料电池(SOFC)是第四代燃料电池，是一种有别于传统能源的能量转化方式，正在逐渐受到各国的重视，阳极材料性能好坏关系到电池的性能。直接炭燃料电池(DCFC)是用炭材料直接作阳极，是一种转化效率更高(理论上100％)，成本更低的燃料电池，它几乎可以转化任何固体炭物质。论文围绕中低温SOFC新型阳极材料及DCFC开展了研究工作。采用溶胶凝胶法制备MO．SDC，添加一定量的

2、导电炭黑(CB)得到CB—MO．SDC作SOFC阳极材料并装配成单电池测试电性能。初步建立DCFC的实验装置，以及确定电解质材料和阳极材料。1、在MO．SDC材料中添加具备良好电子电导性和高温抗氧化性能的CB来改善SOFC的导电性能，实验发现：添加1．5wt％CB的MO．SDC阳极材料，使用氢气作燃料时获得了285mW／cm2的功率密度。2、考察MO．SDC干凝胶的焙烧温度对电池性能的影响，实验表明在550℃焙烧时氢气进料，CB．MO．SDC作阳极材料可获得293mW／cm2的功率密度，继续对阳极材料考察甲醇作燃料，获得217mW

3、／cm2的功率密度。3、建立DCFC的实验装置，确定测试最佳温度650℃。以针状焦为阳极，对电解质进行了选择，实验发现30wt％LiAl02一(Li2C03．K2C03)是实验条件下最适宜的电解质材料，获得141mW／cm2的功率密度。4、考察多种炭材料，实验表明，针状焦是最适宜的DCFC阳极材料。为了增大接触面积，确定添加37．5wt％电解质的针状焦作阳极材料，制备的电池具有更加优越的性能，最高的功率密度可以达到187roW／era2。5、对比了SOFC和DCFC的电池寿命，发现SOFC可以达到比较高的开路电压，但是持续时问较短

4、；DCFC的开路电压不及SOFC，但是可以持续比较长的时间，而且电池性能比较稳定。关键词：固体氧化物燃料电池，阳极，直接炭燃料电池，电解质，熔融碳酸盐ABSTRACTFueleellwhichisdifferent劬mtraditionalenergyformhasbeeninoureyesseveralyears：itisindustrializitioninsomecountries．Low．temperatureSolidOxideFuelCellfSOFC)haslargeadvantageatcostandmateria

5、lspreparation．SOFCperformanceriseswiththeanodeperformance．Directcarbonrueleell(DCFC)usescarbonmaterialwithdifferentformasanode：ithashighere伍ciency,100％theoretically，lowercost．Inthiswork,somestudyaboutSOFCandDCFCwerefocusedon．S01．gelmethodwasusedforthepreparationofmixt

6、uresoxideMO．SDC．CarbonblackfCB)dispersedintoM0．SDC．Thematerialcanbeusedasanode．Directcarbonfilelcell(DCFC)measurementdevice，electrolytematerial，anodematerialwerefirstlyestablished．Severalaimswereachievedasfollows：1．Thecarbonblack(CB)whichhasgoodionconductivityandanti—

7、oxideathightemperatureWasintroducedtOtheMO．SDCmaterialtOoptimizeitsperformance，experimentresultsshowedthatwhen1．5wt％CB．MO．SDCwasusedasSOFCanode．thepowerdensityachieved285mW／cm2usingH2fuel．2．ExperimentresultsshowedthatthecalcinedtemperatureofMO．SDCgelhadlargeimpactonth

8、eperformanceofCB．MO．SDCanode．、№enthegelcalcinedat550℃．293mW／cmz，217mW／cm‘powerdensitywasachievedwi也H2andmethanolgasasfuel,re