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150W固体氧化燃料电池的发电装置

热能动力工程 2012年第1期27卷 85-85页

应用领域：可做自动电源使用。项目简介：模型由16个管状电池及稳定型二氧化锆电解液组成。电加热器开始加温后发电机在自动温度范围内（依靠已有燃料保持温度）运行。

关键词：固体氧化燃料电池发电装置温度范围电解液组成自动电源二氧化锆电加热器稳定型

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固体氧化燃料电池建模的先进方法

国外科技新书评介 2011年第9期 6-6页

作者： J. Milewski 吴永礼不详中国科学院力学研究所

本书是《绿色能源和技术》系列丛书之一。“绿色能源和技术”为科学和技术方法提供一个发布平台，其重点是能源和电力供应，该系列丛书还包括在工业工程与工程设计中的绿色解决方案。

关键词：固体氧化燃料电池建模绿色能源发布平台电力供应工程设计工业工程技术

甲烷基固体氧化物燃料电池阳极的催化重整研究进展

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硅酸盐学报 2024年第10期52卷 3338-3348页

作者：魏康伟晏琳瑶郭志国杨镳豪熊佳烨殷顺弦凌意瀚稀有金属资源安全高效开采江西省重点实验室江西赣州341000 江西理工大学应急管理与安全工程学院江西赣州341000 中国矿业大学材料与物理学院江苏徐州221116

基于固体氧化物燃料电池(SOFC)电化学催化重整甲烷是实现我国化石能源清洁利用的有效途径。CH_(4)的直接催化重整是通过SOFC阳极将CH_(4)先转化为化学活性更高的合成气(H_(2)和CO),再进一步被氧化成水和二氧化碳并产出电能的过程。首先... 详细信息

基于固体氧化物燃料电池(SOFC)电化学催化重整甲烷是实现我国化石能源清洁利用的有效途径。CH_(4)的直接催化重整是通过SOFC阳极将CH_(4)先转化为化学活性更高的合成气(H_(2)和CO),再进一步被氧化成水和二氧化碳并产出电能的过程。首先,分析了基于SOFC的CH_(4)重整应用前景及潜在优势,介绍了SOFC的电化学转化工作原理及以CH_(4)为燃料时积碳形成机理,论述了干、湿、部分氧化3种直接催化重整甲烷方法及存在的主要问题;重点探讨了SOFC阳极抗积碳的几种主要材料,包括修饰后的Ni基和耐碳无镍阳极材料;最后,对甲烷基SOFC高效稳定电化学转化的发展方向进行了展望,为碳基燃料低碳高效利用提供参考,助力以天然气为燃料的SOFC绿色供电商业化发展。

关键词：固体氧化燃料电池催化重整甲烷抗积碳阳极材料

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固体氧化物燃料电池中电解质研究进展

材料导报 2005年第F11期19卷 242-245页

作者：彭程华南理工大学应用化学系广州510641

从萤石结构型氧化物和钙钛矿结构型氧化物两个方面综述了固体氧化物燃料电池（SOFC）中电解质的研究进展。有关研究表明，掺杂剂的组成和掺杂量以及不同氧化物的结构对固体电解质的电导率和稳定性有着直接的影响。尽管目前已经进行了大... 详细信息

从萤石结构型氧化物和钙钛矿结构型氧化物两个方面综述了固体氧化物燃料电池（SOFC）中电解质的研究进展。有关研究表明，掺杂剂的组成和掺杂量以及不同氧化物的结构对固体电解质的电导率和稳定性有着直接的影响。尽管目前已经进行了大量的关于固体电解质电导率促进作用机理的研究工作，但还未形成共识。同时，LaGaO3基钙钛矿型氧化物固体电解质具有广阔的应用前景。

关键词：固体氧化燃料电池电解质电导率萤石结构钙钛矿结构

固体氧化物燃料电池中CaO，Pt，Pd修饰对氧还原反应的增强效应

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固体氧化物燃料电池中CaO，Pt，Pd修饰对氧还原反应的增强效应

作者：张璐中国科学技术大学

学位级别：硕士

能源短缺和环境污染是全世界在可持续发展道路中所面临的重大问题,因此找到一种高效清洁的能源生产方式迫在眉睫。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种电化学转换装置,能高效地将碳氢燃料或者氢燃料转化成电能,且几乎无污染物的排放。而发... 详细信息

能源短缺和环境污染是全世界在可持续发展道路中所面临的重大问题,因此找到一种高效清洁的能源生产方式迫在眉睫。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种电化学转换装置,能高效地将碳氢燃料或者氢燃料转化成电能,且几乎无污染物的排放。而发生在阴极的氧还原反应(ORR)是影响SOFC性能的主要因素。本论文从提高阴极性能的角度出发,第一部分研究和分析了 CaO修饰对La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极上氧还原反应速率的影响;第二部分研究贵金属Pt和Pd修饰对La0.7Sr0.3Mn03(LSM)薄膜不同晶面取向上表面交换反应过程的影响。以下是本文研究的具体内容:第二章中采用离子浸渍法制备CaO修饰的LSCF阴极,探究CaO修饰对LSCF阴极性能的影响。首先通过向LSCF(LSCF-SDC)电极中浸渍硝酸钙溶液,800 ℃C热处理1h后分解得到CaO纳米颗粒修饰的LSCF(LSCF-SDC)电极。通过交流阻抗谱分析可知,CaO纳米颗粒的修饰可以有效地减小LSCF电极的极化阻抗,且CaO浸渍量为5.18 wt.%时,电极性能最佳。修饰后的CaO-LSCF/SDC/CaO-LSCF对称电池在空气气氛下650 ℃时的极化阻抗为0.310Ω·cm2,小于未经修饰的0.510 Ω·cm2。并用弛豫时间分布(DRT)的方法分析交流阻抗谱,发现通过CaO的浸渍,中频区对应的电荷转移过程明显加快。通过电导弛豫法测得CaO修饰后LSCF表面交换系数有一个数量级的增大,当0.07 mg·cm-2 的 CaO 涂覆在 LSCF 条子表面时,700℃ 下,Kchem从1.80×10-5cm·s-1增大至2.81×10-4 cm·s-1,表明CaO可促进LSCF表面的氧表面交换动力学过程。同时浸渍电极的单电池上也显示了良好的性能输出,湿润H2气氛下,NiO-SDC/SDC/CaO-LSCF单电池在650℃时的最大功率密度可达800 mWcm-2,大于 NiO-SDC/SDC/LSCF 的 600 mWcm-2。第三章中采用不同取向的致密LSM单晶薄膜作为研究对象,经Pt和Pd纳米颗粒修饰后,探究贵金属修饰对不同取向的LSM薄膜上的氧表面交换反应的影响。首先采用脉冲激光沉积(PLD)法制备出(001),(110)和(111)取向的LSM薄膜,然后用蒸镀法制得Pd和Pt纳米颗粒修饰的LSM薄膜上。通过电导弛豫法测得修饰Pt和Pd修饰前后不同取向的LSM薄膜的表面交换系数,Kchem,测试温度区间为500℃到650℃。发现未经修饰的LSM薄膜,不同晶面取向上的Kchem值不同,且(110)取向在三个晶面中Kchem值最小,表明三个晶面上的表面交换动力学过程是不同的。经Pd和Pt纳米颗粒修饰后,LSM三个晶面上的Kchem值都增大,表明Pd和Pt对氧表面交换反应动力学都有促进作用。且Pd和Pt的促进作用不同,其在不同晶面上的提升因子也不相同,且都在(110)取向上最大。Pt修饰的(110)取向的LSM薄膜,其表面交换速率的提升因子高达129,是Pd修饰的(110)取向的5倍。

关键词：固体氧化燃料电池阴极氧还原反应表面修饰 CaO Pt Pd

基于动力学建模的热耦合固体氧化物燃料电池系统优化

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基于动力学建模的热耦合固体氧化物燃料电池系统优化

作者：宋梦婷大连理工大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）系统因其符合清洁与可再生能源的要求而受到广泛关注。目前针对SOFC系统的模拟优化主要基于平衡态的热力学模型,并且对SOFC系统进行余热回收研究过程中未考虑多品位余热的梯级利用。为... 详细信息

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）系统因其符合清洁与可再生能源的要求而受到广泛关注。目前针对SOFC系统的模拟优化主要基于平衡态的热力学模型,并且对SOFC系统进行余热回收研究过程中未考虑多品位余热的梯级利用。为此,针对上述问题,本文开展基于电极微观反应动力学机理的严格动力学建模和SOFC系统多品位余热回收的研究。主要研究内容如下:（1）针对文献在对SOFC系统进行先进（火用）分析时,甲烷重整反应器的模拟采用热力学模型以及（火用）平衡公式中未考虑反应热的影响不足,提出了基于甲烷重整反应器动力学建模的SOFC,采用常规和先进（火用）分析方法分析了该系统的性能。常规（火用）分析的计算结果表明设备电堆（39.66 k W）的（火用）损最大,所以应优先改进设备电堆。先进（火用）分析在常规（火用）分析的基础上考虑了系统各设备之间的相互作用和技术限制,并得出了比常规（火用）分析更详细、可靠和全面的结果。结果表明,设备电堆具有第二大可避免内源（火用）损（19.86 k W）和正可避免外源（火用）损（2.81 k W）,这表明应该首先改进设备电堆。SOFC系统的实际改进潜力通过先进（火用）分析被量化:总（火用）损的48.39%是可避免的;87.50%的（火用）损是内源性,所以（火用）损主要与系统中的设备本身有关。常规（火用）和先进（火用）分析的结果均表明,在SOFC系统中,设备电堆均应优先进行改进。（2）针对目前SOFC系统的余热回收只考虑单一流股作为热源,未考虑多品位余热回收情况,提出了一种新型分布式能量系统SOFC-RC-KC（SOFC系统-朗肯循环-卡琳娜循环）,以回收SOFC系统的多品位余热,其中朗肯循环作为顶部循环回收中高温余热,卡琳娜循环作为底部循环回收低温余热。在求解过程中,以产功最大为优化目标,建立基于随机优化的拓展D-G模型,用于约束SOFC-RC-KC系统的热公用工程。在此条件下,采用遗传算法对SOFC、朗肯循环和卡琳娜循环的参数进行优化。在分步优化中,SOFC系统不需要热公用工程的约束,对SOFC系统的操作条件进行了优化。随后,对朗肯循环和卡琳娜循环产功进行优化。在同步优化中,以SOFC-RC-KC系统的热公用工程为限制条件,以SOFC-RC-KC全局系统产功最大为优化目标,同时对SOFC系统、朗肯循环和卡琳娜循环参数进行优化。结果表明,同步优化得到的朗肯循环、卡琳娜循环和SOFC的产功分别为170.1 k W、59.39 k W和145.0 k W,优于分步优化得到的朗肯循环、卡琳娜循环和SOFC的功率（146.32 k W、52.02 k W和146.9 k W）。最后,通过灵敏度分析,研究了关键参数（包括设备电堆温度、甲烷重整反应器温度和循环比）对热力学性能的影响。（3）针对目前SOFC系统建模时未考虑电极反应的微观动力学,而只能模拟化学反应达到最终平衡状态的不足,提出了一种SOFC系统严格动力学模型建模方法,旨在解决该领域以往研究的不足。本文提出的建模方法分别采用两个平推流反应器模拟设备电堆的阴极侧和阳极侧,考虑了阴极侧的微观反应机理,并将反应器的长度进行微分求解。然后,对平推流反应器的直径、长度和催化剂用量进行了灵敏度分析,研究了其对设备电堆及其出口气体组成的影响。在SOFC系统严格动力学模型的基础上,进行了余热回收设计与分析。结果表明,同步优化比分步优化产功增加了6.56%。

关键词：固体氧化燃料电池 (火用)分析余热回收动力学模型同步优化

固体氧化物燃料电池阴极反应机理的第一性原理研究

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固体氧化物燃料电池阴极反应机理的第一性原理研究

作者：王振斌中国科学技术大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种能够将燃料中化学能转换成电能的电化学装置,具有转换效率高、燃料适应性强、清洁无污染等特性,对于解决当前环境以及能源短缺等问题具有重要作用。在实际应用中,电极的极化阻抗严重阻碍了电池性能的提... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种能够将燃料中化学能转换成电能的电化学装置,具有转换效率高、燃料适应性强、清洁无污染等特性,对于解决当前环境以及能源短缺等问题具有重要作用。在实际应用中,电极的极化阻抗严重阻碍了电池性能的提高,尤其是,随着操作温度的降低,电池阴极极化阻抗急剧增大。本文基于第一性原理计算,探讨了不同类型阴极反应的微观机理,旨在为深入理解实验现象以及设计高效阴极材料提供理论基础。第一章综述了阴极反应的相关内容,首先简要介绍了氧离子传导型和质子传导型的SOFCs的阴极反应过程,接着从实验和计算角度分别概述了两种类型SOFCs阴极的研究现状,然后阐述了本文计算方法的理论依据,最后是本文研究目的和内容的相关介绍。第二章研究了O2在氧离子传导型SOFC的阴极反应过程。以氧离子-电子混合导体(La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ,LSCF)为阴极材料,着重探讨O2其表面的还原和表面/体内传输过程。基于密度泛函理论计算,详细地研究了O2在LSCF阴极上的吸附、解离、填充以及扩散过程。计算结果表明,O2倾向于吸附在LSCF中B位过渡金属(Co, Fe)原子上。O2在LSCF阴极表面还原时,随着电荷的转移,可形成superoxide (O-2)和peroxide (O2-2)中间产物,且其异构化能垒低于0.14eV。SrCoO终止的LSCF(110)面具有最小空位形成能,同时,表面氧空位可以有效地促进O2在阴极表面的吸附和解离。在完美(无氧空位缺陷)LSCF阴极表面,O2在Co原子上解离能垒为0.30eV,而在Fe原子上为0.14eV。氧离子在LSCF阴极表面的扩散能垒要比其体相高,这说明在LSCF阴极中,氧离子倾向于通过体相传输到电解质。另外,体相氧空位形成能和迁移能的计算结果显示,提高LSCF中Co的掺杂量可以有效降低氧的空位形成能(其迁移能无明显变化),这大大提高了氧离子的体相传输过程。第三章研究了O2在质子传导型SOFC的阴极反应过程。以质子-电子混合导体(BaZro.75Coo.25O3, BZCO)为阴极,主要探讨质子在BZCO阴极体相的传输和O2在质子化BZCO(100)表面的还原过程。计算结果显示,质子在BZCO体相传输时有两种可能路径,且传输过程最高质子迁移能垒为0.63eV,这与实验值相一致。O2在BaZrO3(BZO)(100)吸附能几乎为零(不吸附),而在BZCO(100)面吸附能为0.64eV(化学吸附),这表明Co的掺杂可以提高表面O2吸附。O2在质子化BZCO(100)表面首先与两个质子反应生成一个H2O,然后脱附,该过程有四条可能反应途径,且根据反应过程中能量关系,我们认为反应路径4(path-4)是最可能的反应。第二个H2O分子生成过程所需能垒最高为0.90eV,其脱附过程与第一个H2O分子脱附过程相同,均为吸热反应。该工作首次从微观尺度给出了质子导体阴极反应过程。第四章对本论文的工作内容进行了总结,并对以后SOFCs阴极反应机理的的研究工作进行了展望。

关键词：固体氧化燃料电池阴极反应机理混合氧离子导体阴极 (LSCF) 混合质子电子导体阴极(BZCO) 第一性原理计算

电解质/阴极界面结构对固体氧化物燃料电池阴极性能的影响

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电力与能源进展 2013年第2期1卷 49-53页

作者：王晓明李享金雪吴众垚王琳琳虞付进浙江师范大学工学院金华

本文采用火焰喷涂和涂覆相结合的方法制备了结构化Pt阴极。采用SEM观察阴极的组织结构,采用电化学交流阻抗谱法研究了结构化阴极极化行为,探讨了电解质/阴极界面结构对阴极极化的影响规律。结果表明,电解质表面结构对阴极极化性能有重... 详细信息

本文采用火焰喷涂和涂覆相结合的方法制备了结构化Pt阴极。采用SEM观察阴极的组织结构,采用电化学交流阻抗谱法研究了结构化阴极极化行为,探讨了电解质/阴极界面结构对阴极极化的影响规律。结果表明,电解质表面结构对阴极极化性能有重要影响,在温度小于850℃时,结构化Pt阴极极化约为平直界面阴极极化的0.3~0.75倍。

关键词：固体氧化燃料电池火焰喷涂结构化电解质阴极

流延法制备Ni-YSZ/YSZ复合基膜及性能测试

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化工进展 2008年第1期27卷 135-138页

作者：李吉刚孙克宁孔江榕防化指挥工程学院北京102205 哈尔滨工业大学应用化学系黑龙江哈尔滨150001

采用传统有机流延法制备NiO-YSZ/YSZ复合基膜,其中包括流延浆料配制及流延工艺过程。采用共烧结方式制备均匀平整的SOFC多孔阳极支撑的致密电解质膜,阳极支撑层厚度1000μm、阳极功能层20μm、致密电解质层40μm左右。并对阳极孔隙率和... 详细信息

采用传统有机流延法制备NiO-YSZ/YSZ复合基膜,其中包括流延浆料配制及流延工艺过程。采用共烧结方式制备均匀平整的SOFC多孔阳极支撑的致密电解质膜,阳极支撑层厚度1000μm、阳极功能层20μm、致密电解质层40μm左右。并对阳极孔隙率和电解质气体渗透率、显微结构及膨胀系数等进行测试。结果表明通过复合流延的方式可以制备出具有良好组织结构和性能的SOFC阳极支撑系统。

关键词：固体氧化燃料电池流延复合基膜