固体氧化物燃料电池阴极电流收集的研究

作     者：马立彬 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢斌

授予年度：2009年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：SOFC 阴极极化 复合阴极 阴极集流层 阴极接触层 电池堆电阻 

摘      要：固体氧化物燃料电池(SOFC)是具有全固态的电化学发电装置,普遍被认为是会得到广泛应用的一种燃料电池。降低操作温度是SOFC的一个重要的研究方向,它能降低电池的制作成本。然而操作温度的降低,会使阴极的电化学活性变低,极化电阻增大。如何降低阴极上的极化损失,是本文主要工作之一。 本文测量了不同混合比例的LSM-YSZ复合阴极的电导率和极化电阻;结果发现复合阴极的电导率随LSM含量的增加而增大,当复合阴极中含50wt.%LSM时,极化电阻最小。烧结温度对复合阴极的微观形貌和性能也有很大影响;通过实验对经不同温度烧结后的复合阴极的电导率进行测量,结果发现随着烧结温度的降低,复合阴极的电导率变小;通过SEM可以看到1150℃烧结的复合阴极具有较均匀的结构。 不同的烧结条件对LSM集流层的性能有很大的影响;通过实验发现在1150℃烧结2个小时的LSM集流层具有较高的电导率,均匀的微观结构和较大的孔隙率,能很好的进行复合阴极上的电流收集的作用。LSC集流层的电导率比LSM高很多,但实验过程中LSC很容易发生脱落现象,性能不稳定;采用LSM与LSC共烧的双层集流层,能增强LSC与LSM之间的接触,明显的改善阴极上的集流效果。 在SOFC堆中,电池的性能不但受阴极/电解质界面的影响,同时也受集流件与阴极之间的界面的影响。为了降低阴极与集流件之间的接触电阻,在实验中使用LSM接触材料来提高电接触,从而降低电池堆的欧姆损失。作为接触材料的LSM,热膨胀系数与阴极匹配,兼容性好;在长时间内能够保证阴极与集流件之间的电接触,具有很好的稳定性。 为了有效改善电池堆组件间的电接触,优化电池堆的结构;对与电池堆相关的一些电阻(或电导率)进行了测量。通过实验测量了铁素体不锈钢(0Cr21Al4和0Cr21Al6),奥氏体不锈钢管(SUS 316型)的电导率(或电阻)和一些电池组件间的界面电阻;最后对不锈钢支撑体上的电阻分布和电池堆内的气压的分布进行了测量。