| 题名 | YSZ基中温SOFC的研制与性能优化 |
| 作者 | 范宝安 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-18 |
| 授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
| 授予地点 | 过程工程研究所 |
| 导师 | 朱庆山 |
| 关键词 | 固体氧化物燃料电池 钇稳定的氧化锆 电解质薄膜 中温化 |
| 其他题名 | Development and Performance Optimization of Intermediate-Temperature SOFC Based on YSZ Electrolyte |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 中文摘要 | 固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高效、清洁、安全、灵活等特点，被誉为21世纪的绿色发电技术。随着能源短缺和环境污染的日益恶化，燃料电池发电技术越来越受到人们的青睐。近年来，SOFC已成为国内外研究的一大热点。 从目前的研究现状来看，降低SOFC的操作温度势在必行。而YSZ（氧化钇稳定的氧化锆）作为SOFC最常见的电解质材料在中温范围内（600～800 °C）电导率偏低，导致YSZ基中温SOFC的电性能普遍不高。为此，论文采用电解质薄膜化技术，通过减小电解质层的厚度来降低电池的欧姆电阻，提高电池的电性能。但YSZ制作成薄膜以后，由于YSZ的烧结温度比较高（往往高达1400～1500 °C），这使得电解质和电极的共烧成变得十分困难。为此，论文采用纳米化技术，通过减小粉体的颗粒尺寸和团聚程度来降低电解质的烧结温度，同时通过对阳极烧结活性的调控，使阳极和电解质具有大致相同的收缩率，从而实现了电解质和阳极的共烧成。 另外，当采用电解质薄膜化技术降低了电池的欧姆电阻以后，电极的极化电阻就上升成为制约电池电性能的主要因素。为此，论文通过对电极材料和组成的优化提高了电极的催化活性和电导率，降低了阴极的极化阻力，同时通过对阴极结构的优化降低了阴极与电解质之间的界面电阻。最终通过电解质的薄膜化和电极材料、组成和结构的优化实现了提高YSZ基中温SOFC电性能的目标。 为了实现上述目标，本论文进行了以下几个方面的研究工作。 （1）采用反向共沉淀结合水热晶化的方法，在200 °C下直接从液相中合成出了结晶的8YSZ纳米粉体。通过添加适当的表面活性剂，避免了硬团聚的产生，制备出来的粉体一次晶粒只有8 nm。由于粉体晶粒尺寸小、团聚程度弱，因此粉体具有良好的烧结活性，由粉体压制而成的块体材料在1100 °C下保温就能实现致密化，而由水热纳米浆制备的薄膜在1000 °C下就可以烧结致密。 （2）通过调整阳极的收缩特性，使阳极和电解质具有大致相同的收缩率，实现了阳极与电解质共烧成，在保证阳极有足够的空隙率的前提下降低了薄膜的制备温度，同时防止了薄膜的开裂，避免了多次重复涂膜，简化了薄膜的制备工艺。 （3）采用络合－燃烧法在700 °C的低温下合成出了具有高烧结活性的阴极材料LSCF（La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ），使其在800 °C下就烧结在电解质表面上，从而避免了LSCF与8YSZ（8Y2O3-92ZrO2）之间的相间反应。 （4）在电解质薄膜化降低了电池欧姆电阻的基础上，通过阴极材料组成和阴极结构的优化降低了电池的极化电阻和接触电阻，使得电池的功率密度在700 °C下达到了1.34 W∙cm-2，实现了提高YSZ基中温SOFC电性能的目标。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-13 |
| 页码 | 160 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/990]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 范宝安. YSZ基中温SOFC的研制与性能优化[D]. 过程工程研究所. 中国科学院过程工程研究所. 2007. |
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