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作者：刘召大连理工大学

学位级别：硕士

压力管线与气瓶在长期运行后,容易产生腐蚀进而产生裂纹缺陷。这些裂纹缺陷在工况条件下极易发生扩展,导致压力管线与气瓶的破裂甚至爆炸,对人民的生命财产安全产生了巨大威胁,为此本文探究了压力管线和气瓶的绕线式在线监控技术的基本... 详细信息

压力管线与气瓶在长期运行后,容易产生腐蚀进而产生裂纹缺陷。这些裂纹缺陷在工况条件下极易发生扩展,导致压力管线与气瓶的破裂甚至爆炸,对人民的生命财产安全产生了巨大威胁,为此本文探究了压力管线和气瓶的绕线式在线监控技术的基本方法。该技术的基本方法是:在压力管线和气瓶的外壁紧密缠绕导电丝,缠绕的导电丝形成回路,并且导电丝与节点监测盒相连。一旦压力管线和气瓶结构存在危险发生变形,变形引起紧密缠绕在压力管线和气瓶外壁的导电丝断裂,报警器发讯,实现报警功能。采用计算机模拟研究与实验研究相结合的方法对裂纹缺陷的尺寸与变形量的关系,系统报警后的安全裕量等相关的一系列问题进行了研究。计算机模拟研究使用基于计算机图形学与数值模拟的方法,建立适于有限元模拟的几何模型与物理模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行分析,并对其正确性进行了验证;实验研究过程中,首先通过对含不同尺寸裂纹缺陷气瓶进行爆破实验,验证了模拟的准确性和该预警系统的准确性和可靠性;然后对含缺陷的气瓶进行了精确地变形量的测量,验证了计算机模拟总结出的变形规律的正确性。通过计算机模拟与实验研究可得出:在裂纹缺陷存在的情况下,随着缺陷的增长,在缺陷部位的变形逐渐增大,计算临界变形量的变化出现两个方向的峰值;当缺陷长度较小时,在缺陷部位的变形量较小,计算临界变形量曲线仅有一个方向的峰值,这说明短缺陷附近的结构对缺陷的扩展有明显的抑制作用,即短缺陷影响区域有限,且在局部变形不规则;当缺陷长度较大时,在缺陷的中心部位产生了最大变形,计算临界变形量出现了两个方向的峰值,这说明当缺陷长度达到一定程度后,缺陷附近结构对缺陷中部扩展的抑制作用减退,中部结构发生了整体的变形;当缺陷长度达到一定程度,在缺陷的中心位置存在变形的最大值,从中心位置沿轴向变形逐渐减小,从中心位置沿环向变形先减小后增大;在靠近缺陷的位置轴向应变值为负值,这与筒体在内压作用下,由于曲率的影响,缺陷自由边会向外膨胀的“膨胀效应”表现相同,实验规律与计算机模拟一致;在一定范围内,缺陷越短,预警系统的压力安全裕量越大,缺陷长度超过400mm后,随缺陷继续加长,压力安全裕量的变化趋于稳定;压力管线与气瓶绕线式防爆裂预警技术预警灵敏、可靠,可为预警后的安全处置留下宝贵的压力区间。

关键词：压力管线气瓶在线监测安全形变

SOFC中CH4-H2为燃料的电性能及阳极材料的研究

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SOFC中CH4-H2为燃料的电性能及阳极材料的研究

作者：王丽欣大连理工大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，具有污染少、效率高、不需要贵重金属催化剂等特点，因此在能源日益紧张的今天受到了格外的重视。但迄今为止，SOFC仍然有许多基础问... 详细信息

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，具有污染少、效率高、不需要贵重金属催化剂等特点，因此在能源日益紧张的今天受到了格外的重视。但迄今为止，SOFC仍然有许多基础问题尚未妥善解决。结合SOFC研究现状，本文基于阳极尾气循环测试了Ni／YSZ阳极上以CH-H为燃料时电池的电性能以及H对积碳的抑制效果，同时制备了Cu-Ce-Zr-O阳极材料并考察了其长期运行稳定性。本文的主要工作及结论如下： (1)以CH-H为燃料时SOFC的输出性能随着CH流量、温度的升高而提高;在开路条件下、800℃-1000℃的操作温度范围内阳极上以CH部分氧化反应为主;H的加入可以抑制CH高温条件下的深度裂解，且随着H含量的增加阳极积碳现象得到明显改善。 (2)随CH-H燃料气中CH浓度的不同，SOFC性能达到最佳时CH∶H的比例存在最佳值，当CH浓度分别为12.7％、16.4％和20.0％时其最佳比值分别为1∶4、1∶2和1∶1.5，增大或减小其比值电池输出性能均降低;保持CH∶H比例分别为1∶4(CH浓度为12.7％)、1∶2(CH浓度为16.7％)时和1∶1.5(CH浓度为20.0％)时，电池输出性能均随载气N含量的降低先增加后减小，并分别在N浓度为28.6％、42.5％和50％时显示出最佳的输出性能。 (3)采用共沉淀法和柠檬酸溶胶凝胶法制备了10％CuO-CeZrO催化剂，并以此为原料制备了Cu-Ce-Zr-O阳极单电池。通过XRD表征，两种方法制备的催化剂分别在600℃、800℃焙烧后均能够形成完整的晶相，并出现ZrO的四方晶相和单斜晶相特征峰，且均以四方晶相为主。通过SEM表征，两种方法均能制备出颗粒均匀、分散良好的阳极，且后者制备的催化剂在颗粒尺度上更细小，孔隙率更充足，其阳极结构要优于前者。为防止电解质基片断裂，采用涂敷方法、共烧结工艺制备出双层阴极。相对于常规Ni／YSZ阳极单电池，共沉淀法制备的单电池输出性能较差，但从长期稳定性运行上看，两种方法制备的单电池均显示了良好的稳定性。

关键词：固体氧化物燃料电池 CH4-H2燃料积碳 Cu-Ce-Zr-O阳极

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乙醇在铈基阳极SOFC上发电性能的研究

乙醇在铈基阳极SOFC上发电性能的研究

作者：周亮大连理工大学

学位级别：硕士

随着世界各国经济的迅猛发展,能源问题和环境污染问题成为当今社会亟待解决的问题。具有污染少、效率高、不需要贵重金属催化剂等特点的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)在能源与环境日益紧张的今天受到了格外的重视。... 详细信息

随着世界各国经济的迅猛发展,能源问题和环境污染问题成为当今社会亟待解决的问题。具有污染少、效率高、不需要贵重金属催化剂等特点的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)在能源与环境日益紧张的今天受到了格外的重视。但其广泛应用仍面临极大的挑战性。本文主要研究了乙醇应用到高温固体氧化物燃料电池上的发电性能;探究了其发电性能随操作条件的变化规律;同时制备了新型抗积碳催化剂,测试了其抗积碳性能。具体工作及结论如下：(1)以乙醇的水蒸汽重整反应为基础,将其应用到高温固体氧化物燃料电池中。以添加水蒸汽的乙醇蒸汽为燃料对电解质支撑的Ni-YSZ/YSZ/LSM单体进行了发电性能测试。实验结果表明：电池的性能曲线很平滑,规律性很好。但是,阳极积碳严重,严重影响了电池运行的稳定性,亟待解决。(2)采用柠檬酸溶胶.凝胶法制备了Ce1.16Ni0.36Zno.32O3-δ(CNZ)乙醇水蒸气重整反应及阳极抗积碳的催化剂材料。通过XRD表征,制备的催化剂在1200℃焙烧后能够形成完整的晶相,并出现ZrO2的四方晶相和单斜晶相特征峰,且以四方晶相为主。TEM分析了催化剂颗粒的微观性状,无明显团聚。(3)制备了CNZ-YSZ阳极SOFC单体,进行发电试验。并将其与Ni-YSZ阳极SOFC的发电性能进行了对比。结果发现,前者的发电性能明显优于后者,且前者对添加水蒸汽的乙醇蒸汽重整反应的催化性能及抗积碳性能比后者好得多。(4)探究了不同操作条件下以添加水蒸汽的乙醇蒸汽为燃料时,CNZ-YSZ阳极SOFC的发电性能及其随操作条件的变化规律。开路状态下对阳极尾气进行气相色谱分析;实验结束后对电池阳极表面进行了SEM表征。结果表明：该催化剂对改善阳极积碳现象效果明显。

关键词：固体氧化物燃料电池乙醇阳极积碳发电性能

铝合金内衬碳纤维全缠绕气瓶有限元分析与优化设计

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铝合金内衬碳纤维全缠绕气瓶有限元分析与优化设计

作者：陈营大连理工大学

学位级别：硕士

复合材料气瓶以其质量轻、耐腐蚀、密封性能好、可靠性高等诸多优点被广泛应用于军用和民用。随着复合材料气瓶的广泛应用,对气瓶进行科学的研究和准确的分析显得尤为重要。随着计算机技术的发展和有限元方法的成熟,数值计算方法已经成... 详细信息

复合材料气瓶以其质量轻、耐腐蚀、密封性能好、可靠性高等诸多优点被广泛应用于军用和民用。随着复合材料气瓶的广泛应用,对气瓶进行科学的研究和准确的分析显得尤为重要。随着计算机技术的发展和有限元方法的成熟,数值计算方法已经成为研究复合材料气瓶的重要方法。本文借助ANSYS有限元分析软件,对铝合金内衬碳纤维全缠绕复合材料气瓶进行了有限元分析和优化设计,主要针对全缠绕复合材料气瓶进行了以下几个方面的研究：(1)复合材料气瓶内衬和缠绕层的力学分析。简化气瓶模型,根据拉美公式推导出了内衬的应力和应变。在网格理论的基础上,给出了螺旋缠绕加环向缠绕筒身段的纤维厚度和纤维应力公式;均衡型等应力封头的纤维缠绕角、纤维厚度和纤维应力公式。(2)全缠绕复合材料气瓶的有限元分析。采用ANSYS参数化编程语言(APDL)建立与全缠绕复合气瓶力学性能尽可能一致的参数化有限元模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板,考虑了纤维缠绕张力的影响,实现了封头段螺旋纤维层的变厚和变角度,通过比较复合材料气瓶爆破压力的预测值与实验值验证了模型的正确性。对该复合材料气瓶在六种工况(纤维缠绕残余预应力、自紧压力、零压力、工作压力、水压实验压力、最小爆破压力)下的有限元计算结果进行了分析,结果表明该气瓶完全符合DOT-CFFC标准的规定。(3)优化设计。按照DOT-CFFC标准的规定并结合各工况下应力水平的要求建立优化数学模型,采用ANSYS提供的优化设计方法,以工作压力下内衬最大Mises应力为目标函数,对全缠绕复合材料气瓶的自紧压力和纤维缠绕残余预应力进行了优化,得到了最优值,使内衬在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性,有效地缩短了产品设计周期,减少设计费用。(4)自紧处理和纤维缠绕残余预应力的研究。利用上述有限元模型,研究了自紧处理对复合材料气瓶性能的影响,结果表明自紧处理能明显降低内衬在工作压力下的应力水平,改善工作压力下纤维的应力分配,可以充分发挥复合材料强度高的性能特点;通过对纤维缠绕残余预应力的研究,表明较大的纤维缠绕残余预应力能降低内衬在工作压力下的应力水平,但是其对纤维层的应力水平影响很小

关键词：复合材料气瓶有限元纤维缠绕残余预应力自紧压力优化设计

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IT-SOFC阳极及电解质材料的研究

IT-SOFC阳极及电解质材料的研究

作者：方红冬大连理工大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池(SOFC)是将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置,具有能源利用率高、对环境友好的突出特点,被称为是二十一世纪的绿色发电技术。但迄今为止,SOFC仍然有许多制作和材料等方面的基础问题尚未妥善解决。论文主要... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)是将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置,具有能源利用率高、对环境友好的突出特点,被称为是二十一世纪的绿色发电技术。但迄今为止,SOFC仍然有许多制作和材料等方面的基础问题尚未妥善解决。论文主要制备了在中温条件(600-800℃)下工作的阳极支撑的IT-SOFC,改进了阳极材料NiO-CGO的制备方法,优化了电解质结构,制备出了一种新的双层电解质CGO/BCY。具体的工作及结论如下: (1)采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了电解质材料CeGdO、阴极材料BaSrCoFeO,并采用XRD表征了材料的晶相。采用共压共烧结的方法制备了阳极/电解质二合一基体,并采用浆料涂敷的方法制备了阴极,成功制备了CGO-NiO/CGO/BSCF阳极支撑IT-SOFC,所制备的致密CGO电解质薄膜厚度约为30μm。考察阳极支撑电池制备过程中的主要影响因素,指出二合一基体在加热过程中受热不均产生的热应力及在压制过程中存在的内应力是导致二合一基体翘曲和开裂的主要原因。考察了阳极支撑SOFC电性能,600-800℃下,电池开路电压0.78-0.85V,最大功率密度118.46mW/cm,最大电流密度487.18mA/cm。 (2)沉淀法制备了CGO包覆NiO的NiO-CGO阳极材料。采用XRD表征了材料的晶相特征。TEM及EDX能谱分析了颗粒的微观性状。并考察了pH值对制备材料的性能影响。电性能测试表明,包覆使电池性能大幅提高。阳极断面的扫描电镜显示,阳极材料颗粒均匀细微,表明CGO包覆Ni阳极材料中的CGO有效地阻止了Ni颗粒烧结,从而优化了阳极结构(三相界面、孔隙率等),提高了电池性能。 (3)论文开发出了一种新的电池制备工艺,在电解质CGO的一侧制备了一层BCY膜,制备了双层复合电解质CGO/BCY。SEM扫描电镜表明,双层电解质CGO/BCY薄膜的厚度分别约为25-30μm和20-25μm。600-800℃下电性能测试表明,电池的开路电压比单层CGO电池提高了50-90mV。

关键词：中温固体氧化物燃料电池阳极支撑阳极包覆双层电解质

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甲烷不完全氧化SOFC热电气联产的模拟

甲烷不完全氧化SOFC热电气联产的模拟

作者：刘振大连理工大学

学位级别：硕士

燃料电池技术是人类摆脱对化石能源依赖的主要渠道之一,有着广阔的研究空问和应用领域。其中以SOFC(高温固体氧化燃料电池)的应用效率较高,却基于在该领域研究和应用最晚,研究条件最为苛刻,研究效果不理想。现阶段,对SOFC的研究更多的... 详细信息

燃料电池技术是人类摆脱对化石能源依赖的主要渠道之一,有着广阔的研究空问和应用领域。其中以SOFC(高温固体氧化燃料电池)的应用效率较高,却基于在该领域研究和应用最晚,研究条件最为苛刻,研究效果不理想。现阶段,对SOFC的研究更多的是集中在电池材料方面,但对SOFC的模拟化研究也不少。对于电池堆系统的整体性模拟主要集中在热电联产方面,而进行热、电、气联产应用的还鲜有报道,因此本文进行的模拟以甲烷为燃料的SOFC电池堆系统热、电、气联产即具有重要学术价值,又对实际应用有很高的启示。本文通过Aspen plus流程模拟方法,设计和模拟了甲烷SOFC热、电、气联产的整体流程,研究甲烷SOFC电池堆整体系统的影响因素和变化规律,旨在探索寻找SOFC新的应用渠道和应用模式,开阔对SOFC的应用思路。论文主要内容和结论如下：(1)根据化工热力学和动力学得出SOFC的定量计算,得出贴近实际的燃料电池本体模拟至少需要4个参数：两个参数(a和j0)用于描述反应动力学损耗,一个参数(ASRohm)用于描述欧姆损耗,还有一个参数(jL)用于描述浓差损耗,通过改变这几个参数的情况就能研究SOFC众多方面的不同行为。(2)在两个热电气联产过程中,尾气中都含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气和甲烷。在加燃烧室的热电气联产流程中,采用燃烧尾气,做功发电处理;在纯换热热电气联产流程中采用尾气多次换热分离,剩余甲烷重新进入阴极反应的处理方法。(3)由本体中模拟可知,输出功率和效率均随燃料利用率的增大而先增大后减小,均在燃料利用率为92%左右时达到最大值,两者有同步规律性;而电池的电压却随着燃料利用率的提高而降低,主要原因是系统内的浓差极化和欧姆极化增大造成的。(4)比较两个热电气联产流程可知,纯换热设计的热电气联产要略优于带燃烧室的热电气联产流程,主要原因是尾气中甲烷的处理方式不同造成的,另外部分则是因为系统设计差异带来的误差及损失。(5)本文的创新点在纯换热热电气联产模型,在尾气中分离得到氢气和一氧化碳,除去水蒸气和二氧化碳,将甲烷重新利用过程。模拟中得出结论：在纯换热热电联产效率保持在53%左右,而且在能够保证甲烷不完全氧化反应的情况下,热电联产效率会随着CH4：空气的体积比的增大而提高到60%左右。因此设计一个以气体分离为目的SOFC系统是合理可行的,也是高效有用的

关键词：数值模拟 SOFC 甲烷不完全氧化热电气联产

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缠绕张力对复合气瓶内胆应力影响

缠绕张力对复合气瓶内胆应力影响

作者：苏镜元大连理工大学

学位级别：硕士

具有金属内胆和纤维层的复合气瓶以其比强度和比刚度高、抗疲劳性、抗震和密封性能好等诸多优点而被广泛地应用于航天、航空、.汽车、造船、化工、机械、建筑和能源等各个工程领域。随着复合气瓶的广泛应用,复合气瓶进行科学和准确的应... 详细信息

具有金属内胆和纤维层的复合气瓶以其比强度和比刚度高、抗疲劳性、抗震和密封性能好等诸多优点而被广泛地应用于航天、航空、.汽车、造船、化工、机械、建筑和能源等各个工程领域。随着复合气瓶的广泛应用,复合气瓶进行科学和准确的应力分析不仅有助于气瓶设计和加工工艺的研究,而且有利于气瓶的安全评估。由于有限元方法已成熟的应用于各个工程领域和计算机的计算能力的大幅度提高,有限元法已是研究复合气瓶的重要手段。借助ANSYS有限元分析软件,采用有限元分析方法,对复合气瓶钢制内胆进行力学分析,建立了复合气瓶用于分析缠绕过程中金属内胆的力学模型;利用ANSYS参数化的优势(APDL),对模型的结构尺寸和网格划分、约束条件、求解等进行参数化设计。以外径406mm、壁厚5mm的气瓶金属内胆为研究对象,对环向缠绕的复合气瓶展开以下几方面的研究:(1)对气瓶的边界、接触条件和材料特性以及单元选择进行分析,建立轴对称结构的三维实体有限元模型,并对模型进行验证,结果表明此模型是正确的。(2)将绕带张力转化为对内胆的当量外压力,对气瓶内胆进行分析,采用逐层缠绕的方法,进行计算。结果表明:由缠绕张力对内胆气瓶进行逐层环向缠绕产生了一定预应力,且气瓶内胆的简体的应力状态处于压应力状态:由缠绕张力引起的当量外压P与内胆的应力呈线性关系;碳纤维缠绕层数的增多,内胆的应力增大,且增大的趋势在减小:随纤维缠绕层的增加,内胆应力的增量在逐渐减小。(3)进行预应力复合气瓶进行自紧压力分析,结果表明:自紧压力能够降低工作压力时气瓶内胆的应力水平,从而提高气瓶承载能力;自紧后卸压状态下气瓶内胆和纤维层应力随自紧压力的增大而增大:自紧压力的优化设计可以有效提高气瓶的承载能力;较小的缠绕张力引起的当量外压能够降低工作压力时气瓶内胆应力水平;工作压力下,气瓶纤维层层数的改变,对气瓶内胆应力水平影响较小,但对碳纤维缠绕层的应力水平影响较大。

关键词：复合气瓶内胆纤维层自紧压力有限元

带CO2捕捉的SOFC-GT混合系统仿真研究

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带CO2捕捉的SOFC-GT混合系统仿真研究

作者：程刚大连理工大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池能获得较高的发电效率,其排气温度与燃气轮机涡轮进口温度具有相容性,将它们组成混合系统,可以进一步提高系统的效率。该混合系统,理想的燃料是天然气,其尾气中含有一定量的C02,随着该混合系统研究的不断深入和环境... 详细信息

固体氧化物燃料电池能获得较高的发电效率,其排气温度与燃气轮机涡轮进口温度具有相容性,将它们组成混合系统,可以进一步提高系统的效率。该混合系统,理想的燃料是天然气,其尾气中含有一定量的C02,随着该混合系统研究的不断深入和环境保护意识的不断加强,有必要研究其尾气中CO2的捕捉。随着计算机技术的发展,采用计算机模拟对SOFC-GT混合系统进行研究是一种行之有效的方法。本文借助Aspen Plus流程模拟软件,主要进行了以下几个方面的研究：（1）充分利用Aspen Plus的现有功能,引入了基于天然气进料的管状内部重整技术的SOFC电池堆模型以及干甲烷直接氧化的电池堆模型。模拟结果表明,相比带有重整装置的SOFC,干甲烷直接氧化的SOFC,不仅可以简化装置,更能够改善电池的性能、提高电池的效率。在电池操作温度为910℃、燃料利用率为85%时,干甲烷直接氧化时电池的效率达到75.39%,而预重整电池的效率只有49.18%,效率提高了26.21%。（2）根据SOFC工作压力的不同,建立了SOFC-GT混合系统的加压模型和常压模型,这两种模型也分为带有重整装置的SOFC和干甲烷直接氧化的SOFC两种类型。结果表明,SOFC-GT混合装置能提高系统的效率,充分有效地利用能源。在预重整加压模型中,SOFC的效率为49.18%,SOFC-GT混合系统的效率为56.74%,效率提高7.56%。建立的常压模型的系统效率比加压模型的高。在预重整模型中,常压模型的SOFC-GT混合系统效率为59.13%,对应的加压模型为56.74%,效率高2.39%。（3）根据尾气中C02捕捉技术的不同,结合氢选择性和氧选择性半透膜,分别建立了水汽置换膜反应器模型和氧传导膜模型。每种模型又分为加压模型和常压模型,并且分别做了带有重整装置和干甲烷直接氧化这两方面的研究。模拟结果表明,水汽置换膜反应器模型和氧传导膜模型比传统的化学吸收法效率要高,但两者之间的区别随着燃料电池工作温度、压力、燃料利用率以及压缩机压比的不同而不同。加压模型中,在800到1000℃范围内,WGSMR的系统效率一直比OCM模型的高。燃料利用率低时WGSMR模型系统效率较高,燃料利用率高时OCM模型系统效率较高。常压模型中,在温度为800到1000℃范围内,WGSMR模型和OCM模型的系统效率区别不是很明显。空气压缩机压比为4时,两者系统效率都达到最大值。模拟结果表明SOFC不仅在高效发电方面,而且在C02捕捉方面也具有光明的前途。

关键词：固体氧化物燃料电池燃气轮机混合系统二氧化碳捕捉

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Ni基阳极材料的制备与性能研究

Ni基阳极材料的制备与性能研究

作者：曲斌大连理工大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池是在高温下将燃料的化学能直接转变为电能的电化学装置,具有环保和能量转换率高等优势,在当今环境污染以及能源危机的背景下,更备受人们关注。结合国内外研究现状,为解决制备工艺难、抑制阳极积碳和成本较高等问题,... 详细信息

固体氧化物燃料电池是在高温下将燃料的化学能直接转变为电能的电化学装置,具有环保和能量转换率高等优势,在当今环境污染以及能源危机的背景下,更备受人们关注。结合国内外研究现状,为解决制备工艺难、抑制阳极积碳和成本较高等问题,本论文针对常见燃料甲烷,在降低操作温度的情况下,研究不同阳极结构的发电性能及不同阳极材料的抗积碳能力和稳定性,主要包括以下内容：研究新型造孔剂,添加脱脂棉到阳极材料中,分别添加3%、5%、7%和10%脱脂棉制备NiO-YSZ多孔阳极;为做对比,制备以传统面粉为造孔剂的NiO-YSZ阳极。以YSZ为电解质,LSM+YSZ为阴极,测试五组单电池发电性能。SEM表征发现,阳极材料粉末充分附着在棉丝上,丝径大约10～20μm,研磨后保持良好的连续性,均匀分布在阳极材料中。经过比较,添加5%脱脂棉的NiO-YSZ电池具有最优的电性能,并且高于传统面粉造孔的单电池。添加5%脱脂棉的NiO-YSZ单电池,在氢气和干甲烷下,于800℃时最大功率密度分别为不低于900 mW·cm-2和273.92 mW·cm-2。证明脱脂棉作为造孔剂有利于构建合理的阳极微观结构,制作的高孔隙率及长孔道结构能够增大阳极三相界面,提高单电池的发电性能。以活性炭纤维作硬模板制备管状YSZ,再以液态浸渍法制备Ni0.5Cu0.5Ox包覆管状YSZ的阳极材料,骨架为中空的YSZ纤维管,内外壁的包覆材料为NiO和CuO。SEM观察表明管径约为4μm,包覆材料的粒径约为90 nm,包覆效果良好。分别以CH4和97% CH4+3% H2O为燃料,进行100h长期稳定性试验,结果表明与初始电压相比,终止电压分别下降5.27%和基本不变。证明燃料中加入水蒸汽能够提升单电池的抗积碳能力,Ni0.5Cu0.5Ox包覆管状YSZ阳极,在97%CH4+3% H2O燃料下具有明显的抑制积碳效果。在Ni0.5Cu0.5Ox包覆管状YSZ阳极材料中,加入具有抗积碳作用的碱金属氧化物BaO和稀土氧化物SDC,制备三种阳极材料单电池,进行电性能和积碳试验。结果表明Ni0.5Cu0.5Ba0.05Ox包覆管状SDC单电池具有最优的发电性能和抗积碳能力,在氢气和干甲烷下,于800℃时最大功率密度分别为535.18 mW·cm-2和384.54 mW·cm-2;100h积碳后,干甲烷测试没有衰减。表明硬模板法制备的管状电解质结构有利于提升阳极造孔方式、改善阳极微结构,阳极材料中加入BaO和SDC可提高电池的电性能和抗积碳性能。

关键词：固体氧化物燃料电池阳极微结构连通孔道 Ni0.5Cu0.5Ba0.05Ox 积碳

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气瓶内表面聚四氟乙烯喷涂工艺研究

气瓶内表面聚四氟乙烯喷涂工艺研究

作者：袁鹏大连理工大学

学位级别：硕士

气瓶内涂层工艺是高纯气体得以长时间存贮并防腐的有效手段。当前气瓶内壁防腐以研磨和钝化为主,其工艺消耗时间较长,效果一般。聚四氟乙烯是一种化学性能极其稳定的高分子材料,具有优秀的防腐蚀能力。本文研究内容为开发了一种气瓶内... 详细信息

气瓶内涂层工艺是高纯气体得以长时间存贮并防腐的有效手段。当前气瓶内壁防腐以研磨和钝化为主,其工艺消耗时间较长,效果一般。聚四氟乙烯是一种化学性能极其稳定的高分子材料,具有优秀的防腐蚀能力。本文研究内容为开发了一种气瓶内表面涂装聚四氟乙烯的工艺,该工艺以聚四氟乙烯为涂料,使用喷涂或灌涂的方式,制备均匀致密的气瓶内表面涂层。本研究的主要工作有:(1)研究钢瓶外表面喷涂,研究涂料类型、喷涂方式(无气喷涂、空气喷涂)的影响,同时为内表面喷涂确定部分工艺参数:无气喷涂最佳喷涂压力为10MPa,喷涂距离为5cm,烧结条件为慢速升温至180℃,保温15min后冷却至40℃;空气喷涂最佳喷涂压力为0.3MPa,喷涂距离10cm,烧结条件为90℃/h升温至280℃,保温15min后自然冷却。最终对比确定了采用空气喷涂油性涂料对内表面喷涂。(2)设计内表面喷涂工艺流程,进行气瓶内表面空气喷涂,确定了喷枪移速2500mm/min、喷枪压力0.3MPa且不经磷化操作等完整工艺步骤与参数,制备出满足防腐要求且表面致密均匀的PTFE涂层。(3)采用灌装涂料后加压烧结的工艺,设计涂装工艺流程,进行试验确定完整工艺参数。(4)采用多种检测手段对涂层质量进行检测,测厚法测量涂层厚度控制喷涂质量满足不同防腐需求,目测法观察涂层表面明显缺陷,划格法测量涂层与钢瓶内外表面结合力,酸性腐蚀试验测试PTFE涂层实际抗腐蚀能力,扫描电镜观察表面微观缺陷衡量表面致密程度,充装腐蚀性气体定期质谱色谱检测浓度变化考察涂层质量。(5)分析涂层检测结果,得出涂层在多种工艺参数的影响下的性能变化,以综合衡量出质量最优且经济耐用的涂层工艺参数。除此之外,依照实际需求指导生产工艺,研究喷涂参数的影响规律。

关键词：涂装聚四氟乙烯喷涂安全