一種高性能火焰燃料電池的研究.pdf

1、火焰燃料電池是一種同時(shí)利用火焰產(chǎn)生的熱量和燃料進(jìn)行發(fā)電的一種固體氧化物燃料電池，具有熱電耦合的功能，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，燃料多樣化，啟動(dòng)迅速。本文重點(diǎn)通過多種表征手段對(duì)火焰燃料電池的陰極以及陽(yáng)極催化層進(jìn)行了研究并進(jìn)而對(duì)火焰電池進(jìn)行了初步測(cè)試，在此基礎(chǔ)之上初步研究了火焰燃料電池工作機(jī)理。
　　 一、火焰燃料電池復(fù)合陰極的研究
　　 主要考察了火焰燃料電池Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)+Sm0.2Ce0

2、.8O1.9(SDC)(質(zhì)量比70:30)復(fù)合陰極的性質(zhì)與性能，首先機(jī)械混合使得SDC粉體顆粒黏附于BSCF顆粒上，進(jìn)一步通過X射線粉末衍射儀(XRD)、電子掃描電鏡(SEM)和氧程序升溫脫附(O2-TPD)等表征手段發(fā)現(xiàn)，在900℃燒結(jié)溫度下發(fā)現(xiàn)BSCF和SDC之間的相反應(yīng)可以忽略，在1000℃時(shí)相反應(yīng)只是有限的發(fā)生在BSCF和SDC接觸的表面，而在溫度≥1050℃時(shí)相反應(yīng)發(fā)生在整個(gè)陰極，生成的新相為鈣鈦礦(Ba，Sr，Sm，Ce)(

3、Co，F(xiàn)e)O3-δ。由于部分相反應(yīng)起到了擴(kuò)大陰極表面的功能，使得1000℃燒結(jié)的BSCF+SDC復(fù)合陰極的ASRs比純的BSCF陰極性能(0.099Ω·cm2)還要好，在600℃只有0.064Ω·cm2。采用雙室固體氧化物燃料電池進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)，采用1000℃燒結(jié)的BSCF+SDC復(fù)合陰極在600℃和500℃時(shí)其最大功率密度分別達(dá)到了1050 mW·cm-2和382 mW·cm-2。
　　 二、火焰燃料電池催化層的制備與應(yīng)用

4、r>　　 通過原位生成的NiO作為模板劑，采用甘氨酸硝酸鹽方法(GNP)制備了中孔Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)粉體，并通過雙室固體氧化物燃料電池對(duì)其催化效果進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不同的NiO添加比例對(duì)SDC粉體晶粒尺寸以及組織結(jié)構(gòu)有著顯著的影響。當(dāng)NiO/SDC質(zhì)量比為9時(shí)，制備的SDC粉體(700℃，3h)展現(xiàn)出了中孔材料的性質(zhì)且孔分布范圍較窄，比表面積和孔體積分別達(dá)到了77 m2·g-1和0.2276 cm3·g-1。研究

5、結(jié)果同時(shí)表明以中孔SDC粉體作為催化層的材料并沒有阻礙氣體的擴(kuò)散。采用Ru/SDC為催化層時(shí)，以甲烷為燃料的電池性能在650℃達(dá)到了462 mW·cm-2。
　　 三、火焰燃料電池性能的初步研究
　　 主要通過以酒精為燃料進(jìn)行了火焰燃料電池的性能測(cè)試。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)酒精火焰的溫度在500-830℃之間，且在火焰燃燒的過程中有較多的氫氣和一氧化碳產(chǎn)生。電池和火焰的相對(duì)位置對(duì)電池的性能和電池的溫度有著顯著的影響，通過研究發(fā)現(xiàn)在