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固体氧化物燃料电池的电极材料研究和单电池数值模拟

能源问题将是21世纪人类所面对的巨大挑战。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能直接将化学能转化为电能的能量转化装置,并且无噪音污染、能量转化率高。传统的YSZ电解质组成的固体氧化物燃料电池由于电解质材料在较低温度下的电阻较高,一般要工作在950~1000℃。降低SOFC的运行温度到600~800℃将在很多方面体现出优越性,如可以降低电池其它组件材料的费用、降低材料的失效问题等,成为了SOFC发展的必然趋势。因此研究和开发中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的电极材料对SOFC的发展至关重要。Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(0.95)(GDC)是中温SOFC的有前景的电解质材料,而Ni-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(0.19)(Ni-SDC)材料是适合中温SOFC的理想阳极材料。本文采用柠檬酸-硝酸盐溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法制备了氧化镍(NiO)粉末、Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(SDC)粉  (本文共136页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
中国科学技术大学

中温固体氧化物燃料电池多物理场模拟与性能优化

固体氧化物燃料电池尤其是中温平板式固体氧化物燃料电池被认为是最有商业化前景的燃料电池,它是一种清洁、高效的化学能到电能转化装置。除了一般燃料电池高能源转化效率的优点外,相比于低温燃料电池,固体氧化物燃料电池一个突出优点是它可以直接使用传统化石能源或生物质能源转换出来的碳氢化合物做为燃料。要达到商业化的要求,固体氧化物燃料电池还需要在降低制造成本,提高单电池、电池堆性能,延长使用寿命等方面有进一步的突破。固体氧化物燃料电池实验研究周期较长,花费高,在提高电池性能方面的研究中一般只能针对某几个参数进行非连续的少量采点的调整优化,以获得更高的性能。理论研究可以对各个可能影响电池性能的参数进行细密的采点优化,更加快速地获得最优工程设计方案。有限元方法与现代计算机技术结合的数值模拟方法使我们能够对燃料电池这种复杂的多物理体系进行耦合模拟,给出实验方法无法测量到的电池内部运行细节,进行快速的优化设计。本论文的主要内容是使用有限元方法为中温固...  (本文共127页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

气体流场与组分对单室燃料电池微堆性能影响机制研究

单室固体氧化物燃料电池(SC-SOFC)所具有的结构简单、无需密封等优点使其在便携式发电装置领域呈现出很好的应用前景,但是此前关于该领域的研究主要集中在对单电池的材料、结构和运行条件等方面,对于电池堆的研究比较少,且输出功率不高。本文通过理论模拟和实验验证相结合的方法,针对气体流场分布、供气方式以及气体组分等因素对SC-SOFC微堆性能的影响机制进行研究,创造性的提出了一种双路多点供气的电池微堆结构设计方案,显著提高了SC-SOFC微堆的输出电压和输出功率。由于SC-SOFC的阴极和阳极处于燃料和氧气的混合气氛下进行工作,气室内部的混合气体在电极附近的分布情况是影响电池输出性能的一个重要因素。本文对混合气体平行流经单电池的两个电极和分别垂直流经电池的阴极和阳极进行了研究,首先通过数值模拟分析了影响机制,继而进行了实验验证。理论模拟和实验验证的结果都表明,气流垂直流过阳极时存在阳极对阴极氧气的争夺,导致阴极的氧分压降低,尽管此时电...  (本文共138页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连海事大学
大连海事大学

低温固体氧化物燃料电池阴极材料制备及其性能研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一个将燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置。可应用于船舶等载运工具的动力装置和辅助推进装置,实现绿色交通。其燃料可以是化石燃料气、生物质气和其它碳氢化合物。SOFC的能量转换是通过电极上的电化学反应来进行的,避免了NO_x、SO_x、CO、CO_2以及粉尘等污染物的产生;SOFC在提供电力的同时,还可以提供高质量热,实现热电联供;其能量转化效率可以高达85%。但是,传统的SOFC通常在800℃-1000℃的高温工作,由此带来诸多问题,包括材料选择、制造成本昂贵等等缺点,因此降低SOFC的工作温度成为当前实现SOFC商业化面临的首要任务。固体氧化物燃料电池操作温度的中低温化(300-800℃)是固体氧化物燃料电池走向商业化的发展趋势,目前的研究工作主要集中在600-800℃中温区。然而随着温度进一步降低,可以大幅地降低燃料电池制造成本,更加有效地扩大电池连接和密封材料的选择范围以及延长电池的使用寿...  (本文共132页) 本文目录 | 阅读全文>>

电子科技大学
电子科技大学

对称固体氧化物燃料电池的发电性能及优化控制研究

作为21世纪最有发展前景的新能源之一,固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)能够直接将燃料中的化学能环境友好地转换为电能,可以有效的减小环境污染。传统SOFCs通常由Ni-YSZ金属陶瓷阳极、YSZ电解质和LSM阴极材料组成。Ni基固体氧化物燃料电池阳极材料在以氢气为燃料时能够表现出良好的催化性能和长期稳定性能;然而,在使用碳氢燃料时,Ni基阳极表面容易产生积碳或硫中毒等问题,大大限制Ni基阳极的发展。为解决传统固体氧化物燃料电池在使用碳氢燃料时所产生的积碳和硫中毒等问题,采用氧化还原稳定的电极材料同时作为阴极和阳极材料,即采用对称固体氧化物燃料电池(Symmetrical Solid Oxide Fuel Cell,SSOFC)构型的思路通过气路转换的方式来将在阳极侧产生的积碳和硫化物排除,使得SOFC能够长期稳定的在碳氢燃料气氛下工作。基于简单钙钛矿的结构特点以及对称固体氧化物燃料电池的优...  (本文共117页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

阳极负载中温固体氧化物燃料电池关键材料的研究及单电池数值模拟

在当前石油、天然气、煤等化石燃料紧张,电力供应不足,城市污染严重的情况下,燃料电池已逐渐成为全球能源领域研发的重点和热点。其中,中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC),是目前被世界上公认为最有发展前景的燃料电池发电技术之一。阳极负载构型是平板式固体氧化物燃料电池实现中温化最理想的结构形式,因此本文针对阳极负载中温固体氧化物燃料电池的关键材料开展研究。复合掺杂氧化物纳米粉体的制备是燃料电池研制工艺中的首要问题。本文分别采用三种不同的方法制备了电解质超细粉体Sm_(0.15)Gd_(0.05)Ce_(0.8)O_(1.9),考察了焙烧温度、合成工艺、络合剂种类及金属离子摩尔数对SGDC纳米粉体性能的影响,测试和研究了其烧结性能。结果发现,采用GNP法制备的SGDC纳米粉体在相同煅烧温度、相同金属离子摩尔比情况下与pechini法制备的微粒相比,晶粒粒度小、颗粒形状规则、分散性较好;在两种湿化学合成方法中,随着络合剂与总金属离子摩尔...  (本文共186页) 本文目录 | 阅读全文>>