【摘 要】
：
质子导体固体氧化物燃料电池（PCFC）是一种绿色、高效的能量转化技术,可将燃料储存的化学能直接转变为电能。它采用质子导体作为电解质,由于质子的传导活化能比氧离子低,因此它可以在中低温（600～300?C）下工作,克服了传统氧离子导体固体氧化物燃料电池工作温度高（800～1000?C）的缺点,正受到世界各国研究者的广泛关注。本论文的研究内容主要围绕质子导体氧化物的合成和质子导体固体氧化物燃料电池的制
【基金项目】
：
国家自然科学基金（91745203）; 国家自然科学基金委-广东省联合基金（U1601207）; 广东省珠江人才计划引进创新创业团队项目（2014ZT05N200）
论文部分内容阅读
质子导体固体氧化物燃料电池（PCFC）是一种绿色、高效的能量转化技术,可将燃料储存的化学能直接转变为电能。它采用质子导体作为电解质,由于质子的传导活化能比氧离子低,因此它可以在中低温（600～300?C）下工作,克服了传统氧离子导体固体氧化物燃料电池工作温度高（800～1000?C）的缺点,正受到世界各国研究者的广泛关注。本论文的研究内容主要围绕质子导体氧化物的合成和质子导体固体氧化物燃料电池的制备而展开:探讨了PCFC的一般工作特点和及其存在的问题;对比了固相反应法、共沉淀法和EDTA-柠檬酸络合燃烧法对合成粉体性质的影响,通过浆料旋涂法改进扣式电池电解质膜的制备工艺,进而提高电池性能;采用浸渍法制备了有效面积更大、同时保持高输出特性的管式质子导体电池,并对电池在稳定性测试中性能衰减的原因进行初步探究。在各类质子导体固体氧化物燃料电池的电解质材料中,ABO3型钙钛矿结构的质子导体氧化物是最热门的研究对象,如Ba Ce O3和Ba Zr O3等。通过低价过渡金属和稀土金属元素对材料中的B位元素进行单掺杂或共掺杂,可以进一步提高它的质子导电率和化学稳定。使用20 mol.%Y3+掺杂的Ba Ce O3-Ba Zr O3固溶体基氧化物Ba Ce0.7Zr0.1Y0.2O3-?（BCZY7）兼具Ba Ce O3质子导电率高和Ba Zr O3耐H2O和CO2化学稳定性好的特点,是开发较早的一种质子导体电解质材料。本文采用高温固相反应法合成了具有立方钙钛矿相的BCZY7粉体材料,通过浸渍法和共烧结法成功制备了阳极支撑的Ni O-BCZY7/BCZY7/La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-?（LSCF）-BCZY7扣式电池,单电池的有效面积为0.2 cm~2,电解质厚度为25?m。使用加湿氢气（含3 vol.%H2O）做燃料,空气做氧化剂,对电池的电化学性能进行测试。测试结果表明:在600?C、550?C和500?C时,单电池的最高功率密度分别为203 m W?cm-2、123 m W?cm-2和92 m W?cm-2,表现出良好的中低温性能。虽然固相反应法是最常用的质子导体氧化物合成方法,具有工艺简单、产量高、原料易得的优点,但是用这种方法合成粉体所需的煅烧温度高,时间长,而且粉体粒径较大,易产生团聚,使其烧结活性降低,通常需要添加烧结助剂来提高电解质的致密性。为了避免烧结助剂可能给电解质的质子传导带来的不利影响,本文分别改用共沉淀法和EDTA-柠檬酸络合燃烧法制备BCZY7,所需煅烧温度比固相反应法更低,合成的粉体成相更纯,分散性更好,颗粒尺寸在几百纳米,其中,共沉淀法合成的粉体粒径最小,烧结活性最佳。结合浆料旋涂法在Ni O-BCZY7阳极支撑体上制备BCZY7电解质薄膜,在不添加助烧剂的情况下,电解质即可烧结致密,厚度约6?m,阴极采用LSCF-BCZY7复合材料,制得扣式电池。同样在加湿H2燃料下测试单电池的电化学性能,结果显示:在650?C、600?C和550?C时,电池的开路电压分别为1.03 V、1.04 V和1.06 V,最高功率密度分别为989 m W?cm-2、675 m W?cm-2和333 m W?cm-2,说明改进后的粉体和电解质制备工艺可以使电池性能得到显著提高。以上实验中制备的扣式电池有效面积小,适合于实验室研究,而大功率的电堆系统才能满足实际生活的需要。其中,构成电堆的单电池主要分为平板式和管式,相比于平板式结构,管式结构更易封装、启动速度更快、抗热冲击能力更强。本文通过浸渍法成功制备了基于BCZY7电解质的管式PCFC,电池为半封闭结构,有效面积为2.3 cm~2。以加湿H2为燃料测试电池性能,在600?C和450?C时,电池的峰值功率密度分别为465 m W?cm-2和118 m W?cm-2,此外,在200?C时,仍能检测到3 m W的功率输出。在600?C、0.7 V恒电压放电稳定性测试中,电池的输出功率先下降,然后基本稳定在300m W?cm-2。本文制备的管式PCFC不仅具有较大有效面积,同时仍显示出较高的中低温性能,可以为今后大功率管式电池的研发提供有效借鉴。
其他文献
在拥有大规模平行语料库的通用领域,神经机器翻译往往表现出色。然而,一些特定领域如生物医学、军事外交等专业性强的平行语料库规模比较有限,直接使用这些低资源领域的平行语料库来训练神经机器翻译模型,翻译效果往往不够理想。随着智慧医疗的发展,为了更好地挖掘和利用国际生物医学文献及相关成果,研究生物医学领域的中英神经机器翻译的领域适应方法,利用通用领域的知识来改进生物医学领域神经机器翻译模型的训练效果,有效
可溶液加工的硫化铅（PbS）量子点太阳电池近年来发展迅速,最高器件效率已接近13%,展现出良好的应用前景,引起了科学界的广泛关注。相比于传统太阳电池器件,PbS量子点太阳电池器件不仅具有性能稳定、可溶液加工、成本低廉等优点,还拥有独特的一些光电性能,如材料带隙可有效调控以及多激子效应。由于太阳电池器件性能的提高主要依靠光吸收和电荷收集程度的提高,PbS量子点太阳电池的器件结构也逐渐从最开始的肖特基
氧化镓（β-Ga2O3）是新一代的超宽禁带半导体,具有高击穿场强,优越的热稳定性和化学稳定性,在日盲紫外探测和高压大功率电力电子器件等领域都有很广的应用前景。但是,由于β-Ga2O3很难实现p型掺杂,限制了其实现性能更优的双极型器件。本论文提出采用p型氧化镍（NiO）半导体和n型β-Ga2O3构建异质pn结,以期突破上述局限,具体研究内容如下:（1）采用磁控溅射法制备p型NiO半导体,探究了不同工
随着显示技术的发展,透明电子电路应具备一定的处理基础信息的能力。但目前对透明氧化物半导体的研究和应用主要基于n型氧化物半导体电路,为了实现低功耗、高噪声容限、功能多样的CMOS透明电路,研制高性能的p型氧化物半导体材料迫在眉睫。SnO由于优异的电学性能,且安全无毒、自然储量丰富,被认为是最具发展潜力的p型氧化物半导体材料之一。由于SnO的亚稳定性,制备得到的薄膜往往伴有金属Sn或SnO2,严重影响
本文首先通过溶胶凝胶-微波烧成法合成了Mg1-xMnxFe2O4材料,Mg0.5Mn0.5Fe2O4的红外发射率最大,在3–8μm波段和8–14μm波段的发射率分别为0.82,0.86。由于溶胶凝胶-微波烧成法所制样品的中红外发射率较低,因此,再通过共沉淀法合成了Mg1-xMnxFe2O4粉体,结果发现直接共沉淀法制得的样品的发射率都高于溶胶凝胶-微波烧成法所制得的样品。最后通过直接共沉淀法将Mg
电化学传感器因其低廉的成本、可便携性及稳定出色的性能而作为即时检测设备的潜在研究产品。由于其优异的导电特性、催化特性以及独特的结构,纳米多孔金属被广泛应用于电化学传感领域研究之中。本文提出了一种电沉积与电化学去合金相结合的方法制备了纳米多孔Ag和纳米多孔Ag/AgCl材料,并将这两种不同的Ag基材料负载在标准电极上,作为电化学集成传感器同时测定多巴胺和乙酰氨基酚两种存在于血液中的生物分子,结果表明
在中美贸易摩擦不断的情况下,我国关键技术上被“卡脖子”,迫使我国更加重视科技创新,加大科技创新型企业的培育力度。我国1990-2017年科技进步对经济增长的平均贡献度达到48.97%,仍低于美国,我国需要提高科技成果的转化能力。我国2017年不到3%的创业企业可以存活3年,科技型初创企业的存活率低,我国风险投资行业的投资成功率较低,为了提高风险投资的效益,同时提高投融资对接的成功率,需要对科技型初
现代无线通信系统功能越来越复杂,兼容的频段越来越多,但是系统的体积却是有限的。因此具备多频段覆盖、低剖面、结构紧凑、每个频段带宽足够宽等特性的天线具有重要研究意义。具备这些特性的锥形波束天线更是适合新一代移动通信的多种实际应用场景。但是目前对这种类型天线的研究还较少,在已有的研究成果中,还存在剖面较高,或者带宽较窄的问题,不能很好地满足实际应用的需求。针对上述问题,本文主要研究低剖面、多频段、紧凑
锂离子电池（LIBs）经历了近三十年的飞速发展,已经成为了目前市场上应用最广泛的储能器件且涉及领域较广,如移动通讯,电动汽车,电子设备等。但随着科技的快速发展,各种设备对电池的要求也越来越高。不管是现在还是将来,各类设备需要的是容量大,性能安全,价格低廉的电池。而锂离子电池现有的容量并不能满足这些苛刻的要求。因此开发高能量密度和高比容量的新型电池已经成为能源领域的研究重点。在众多新型电池中,锂硫电
隧道集群敷设具有敷设回路数多、断面负载能力高等优点,在城市输电电缆线路中得到了越来越广泛的应用。为避免隧道电缆发生火灾后延燃导致火情加重,某供电公司要求在隧道中全面设置防火封堵。但防火封堵将影响到电缆隧道中空气的流通,从而影响电缆的散热及其运行状态。为提高电缆运行的可靠性,有必要开展防火封堵对隧道集群敷设电缆线路运行影响的研究。首先,本文建立了隧道电缆线路的二维电磁-热-路耦合场和三维热-流耦合场