中、低溫天然氣固體氧化物燃料電池中電解質(zhì)及Ni-SDC陽極性能研究.pdf

1、燃料電池是一種高效低污染的電化學(xué)裝置，具有環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)換率高和燃料適應(yīng)廣泛等優(yōu)點(diǎn)。固體氧化物燃料電池(SOFC)作為第三代燃料電池，其所有的部件是固態(tài)的，具有無漏液、啟動(dòng)快壽命長等特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色能源。 傳統(tǒng)的以氫氣為燃料的高溫SOFC存在以下問題： 1，高溫運(yùn)行，對(duì)于各個(gè)組成部件的要求苛刻，難與密封，成本高。 2，YSZ電解質(zhì)在中、低溫下離子導(dǎo)電率低，不適在中、低溫下進(jìn)行操作。 3，氫氣

2、儲(chǔ)存和運(yùn)輸比較困難，相對(duì)于天然氣、生物制氣等昂貴，運(yùn)行成本高。 最近，為了解決上述問題中、低溫直接碳?xì)涔腆w氧化物燃料電池的研究被提上了議程。本文研究了以NiO/SDC為陽極，摻雜的Ce<,0.8>M<,0.2>O<,1.9>(M=Y、Gd、Sm、La)及摻雜的BaCe<,0.8>M<,0.2>O<,2.9>(M=Y、Gd、Sm、La)為電解質(zhì)的中、低溫天然氣固體氧化物燃料電池的性能。研究結(jié)果表明：50wt％：NiO/SDC陽極材

3、料具有與摻雜Ce<,0.8>M<,0.2>O<,1.9>(M=Y、Gd、Sm、La)電解質(zhì)及摻雜的BaCe<,0.8>M<,0.2>O<,2.9>(M=Y、Gd、Sm、La)電解質(zhì)相近的熱膨脹系數(shù)，能與它們較好的燒結(jié)；摻雜Ce<,0.8>M<,0.2>O<,1.9>(M=Y、Gd、Sm、La)電解質(zhì)構(gòu)成的電池在以天然氣為燃料測試時(shí)，各電池具有較好的電性能，隨著溫度的升高各電池的開路電壓逐漸降低、電流逐漸升高、電池的功率密度逐漸增大，在6

4、00℃各電池的最大功率密度分別為54．93mW/cm<'2>、59．50 mW/cm<'2>、45．33 mW/cm<'2>、37．75 mW/cm<'2>；以摻雜的BaCe<,0.8>M<,0.2>O<,2.9>(M=Y、Gd、Sm、La)電解質(zhì)的單層陽極支撐的電池中，以BaCe<,0.8>M<,0.2>O<,2.9>為電解質(zhì)的電池具有最優(yōu)的電化學(xué)性能，在600℃電池的最大電流密度238．93mA/cm<'2>，最大功率密度49．41

5、mW/cm<'2>；在相同溫度下，以天然氣為燃料，在測試范圍內(nèi)共壓．共燒結(jié)法制備的雙層(30wt％-60wt％)Ni-SDC/BCY2/LSCF-GDC電池比單層(50wt％)Ni-SDC/BCY/LSCF-GDC電池具有更優(yōu)的電性能。它們的最大功率密度分別為34 mW/cm<'2>和55 mW/cm<'2>；電池在放電過程中，天然氣中一些小分子飽和烴轉(zhuǎn)化為乙烯氣體。 通過改進(jìn)和完善電池的制作工藝和密封性，有望進(jìn)一步提高電池的輸