SrCo0.9-xMxNb0.1O3-δ(M=Fe, Ni)电极的制备及氧还原性能研究(2)

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3.1XRD物相分析.16

3.2电导率分析17

3.3对称电池的阻抗谱分析.18

3.4热重(TG)分析..19

3.5滴定结果.20

3.5.1Na2S2O3标准溶液的浓度标定..20

3.5.2滴定精度的标定20

3.5.3SCN阴极的滴定结果22

3.6SEM形貌表征.22

3.7单电池性能32

结论23

致谢54

参考文献..25
1 绪论1.1 引言目前SOFC 的工作温度大多在800-1000℃之间，其工作温度与其他燃料电池相比而言要高很多，属于高温燃料电池，然而在高温下长时间工作容易引起电池性能的衰减。中温SOFC（ITSOFC）的工作温度大约在500-800℃，降低SOFC 的工作温度到中温是国内外研究学者的共识。然而，工作温度的降低将导致阴极催化活性的下降，由此导致阴极氧化还原反应的效率下降以及产生较高的极化电阻，因此，选择中温条件下仍具有良好性能的阴极材料以及电解质材料至关重要。本文即研究SCFN、SCNN 阴极以及SDC 电解质的中温物性以及其电化学性能。1.2 SOFC 的工作原理SOFC 可以把燃料如氢气、一氧化碳、甲烷等其他碳氢化合物和氧化剂一般为空气或氧气中的化学能转化为电能。SOFC 单电池是由多孔阴极、致密电解质和多孔阳极组成的三位一体的全固体器件，单电池在连接体的连接下串并混联组成电池堆，电池堆再通过串联、并联或混联对外供电用于商业用途。SOFC 单电池工作时，在阳极一侧持续通入还原性气体即燃料气如氢气、一氧化碳、甲烷等碳氢化合物，在阴极一侧持续通入氧化性气体如氧气或空气。反应过程中阳极会吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极/电解质界面,源^自#优尔*文·论~文]网[www.youerw.com，具有多孔结构的阴极表面则会吸附氧化气，由于阴极本身具有催化作用，使得O2 得到电子变为O2-，在电位差和浓度差等引起的化学势的作用下，O2-进入起传递O2−和隔离燃料、氧化剂作用的固体氧离子导体电解质中，在浓梯作用下向浓度低的阳极扩散，最终到达电解质/阳极界面，与多孔阳极吸附的燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极，完成化学能到电能的转化。其工作原理如图1.1 所示[1]。如果阴极通入氧气，阴极发生的电化学还原反应可以表示为:O2 + 4e-→ 2O2-如果阳极通入氢气，则阳极发生的氧化反应可以表示为：O2-+ H2→ H2O + 2e-如果阳极通入一氧化碳，则电极反应可以表示为：如果阳极通入甲烷，
则阳极反应可以表示为：CH4 + 4O2-→ 2H2O + CO2 + 8e-当使用氢气作为燃料气时，整个SOFC 在阴极和阳极发生的总反应为：2H2 + O2 → 2H2O当使用一氧化碳作为燃料气时，电池总反应为：2CO + O2 → 2CO2当使用甲烷作为燃料气时，电池总反应为：CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2在无电流的条件下，阴极和阳极之间的电压有能斯特方程确定[2]：O HHO0222PPlnF 2RTP lnF 4RTE E   其中：T 为温度，F 为法拉第常数，E0为标准条件下的可逆电压，Pi 为气体分压，R 为理想气体常数。但是实际情况下测得的开路电压与由能斯特方程计算得到的数值会有偏差。1.3 SOFC 的特点SOFC 具有以下优点[3]：（1）SOFC 是目前所有燃料电池中工作温度最高的，可以达到1000℃，其余热利用率高并且高质量的余热用于热电联供技术可以获得高达80%的燃料利用率。（2）SOFC 采用全固态陶瓷结构，避免了酸碱电解质或熔融盐电解质的腐蚀以及难以封接问题，而且不存在漏液问题。（3）SOFC 在高温下进行氧化还原反应时，无需采用贵重金属作为催化剂，燃料适用范围广，可直接使用天然气、煤气或其他碳氢化合物作为燃料，简化了电池系统，制造成本也大大降低。（4）氧化物电解质的高稳定性高，抗毒性能优良，而且具有较强的抗污染能力。