中温HS固体氧化物燃料电池材料的制备及电性能研究.docx

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中温HS固体氧化物燃料电池材料的制备及电性能研究

中温H2S固体氧化物燃料电池材料的制备及电性能研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效，环保的能量转换装置。

随着能源和环境问题的日益严重，SOFC的研究已经成为能源和材料领域的热点之一。

实验采用溶胶-凝胶法制备中温H2S固体氧化物燃料电池的电解质和阳极催化剂。

电解质Ce0.8Sm0.2O2（SDC）的XRD结果表明经900℃煅烧后SDC具有典型的萤石结构。

400℃~800℃时，SDC的电导率均随温度的升高而增大。

Y0.9Sr0.1Cr1-xFexO3（x=0.1,0.3,0.5）的测试结果表明经1000℃煅烧后，均形成典型的钙钛矿结构，且表面疏松多孔。

同时具有良好的耐硫性和化学相容性。

400℃~800℃时，电导率均随温度的升高而增大。

综合分析选择Y0.9Sr0.1Cr0.5Fe0.5O3作为阳极催化剂，组装成单电池YSCF-SDC|SDC|Ag。

测试结果显示电池的性能随温度的增加不断提高。

在800℃，电池开路电压为0.91V,最大功率密度为12mW·cm-2最大电流密度45mA·cm-2关键词：

H2S固体氧化物燃料电池；中温；电解质；阳极6966

TitleSynthesisandperformanceofanodematerialsforintermediate

temperatureH2Ssolidoxidefuelcells

Abstract

Solidoxidefuelcells（SOFCs）areefficient,greenenergyconversiondevices.Withthe

increasingenergycrisisandenvironmentalpollution,SOFChasgrabbedalotof

interestsinenergyandmaterialsscience.

ElectrolyteandanodecatalystsofH2Ssolidoxidefuelcellswerepreparedbysol-gel

method.TheXRDofCe0.8Sm0.2O2（SDC）showedthatSDChasatypicaloffluorite

structureaftercalciningat900℃.At400℃~800℃,theconductivitiesincreasedwith

thetemperature.

TheresultsofY0.9Sr0.1Cr1-xFexO3（x=0.1,0.3,0.5）indicatedthatfinepowderswith

2.2.1XRD分析18

2.2.2电导率分析18

2.2.3扫描电镜（SEM）分析.18

2.2.4透射电镜（TEM）分析19

2.3本章小结.19

3YSCF阳极催化剂的制备及表征.20

3.1实验部分.20

3.1.1实验药品及仪器20

3.1.2YSCF阳极材料的制备..21

3.1.3YSCF阳极材料的表征方法21

3.2结果与讨论.22

3.2.1XRD分析22

3.2.2扫描电子显微镜（SEM）分析.23

3.2.3化学相容性分析.25

3.2.4催化剂的电导率分析..25

3.2.5耐硫性能分析..27

3.3本章小结.27

4YSCFH2S-SOFC的电性能测试.28

4.1实验部分.28

4.1.1实验药品及仪器28

4.1.2单体燃料电池的制备.29

4.1.3燃料电池的电输出性能测试.30

4.2结果与讨论.31

4.3本章小结.33

结论.34

致谢.35

参考文献..36

1绪论

随着现代文明的发展，传统发电方式的弊端日趋明显。

一是储存于燃料中的

化学能必须首先转变成热能后才能被转变成电能，且受卡诺循环及现代材料的限

制，效率只有33%～35%；二是虽然技术在不断升级，如超高压、超临界、超超

临界机组的开发，但是机组规模巨大、超高压远距离输电，会导致投资上升，到

用户的综合能源效率也只35%左右，且产生的大规模污染仍没有得到根本解决。

燃料电池发电技术的诞生为产生高效、清洁、经济、安全的电能提供了可能。

燃料电池通过电化学反应过程使化学能直接转化为电能，且不经过热机过程，不

料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐中。

当电池发电时，要

连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时也要排除一定的废

热，以维持电池工作温度恒定。

燃料电池本身只决定输出功率的大小，储存的能

量则由储罐内的燃料与氧化剂的量决定[3]

。

燃料电池工作原理如图1.1所示。

1.1.2燃料电池的特点

与其它类型的化学电池相比，燃料电池用以转化电能的化学能来自燃料和氧

化剂气体的反应能，而不是依靠它自身电极材料在工作过程中的消耗。

根据其能量来源的特点，燃料电池也可看作是一种靠电化学过程发电的“发

电机”。

作为“发电机”，与常规发电相比，燃料电池在许多方面存在自身的特

色，具有一系列优点[4]

：

（1）理论发电效率高，发电潜力大。

燃料电池发电不受热力学卡诺循环的限

制，其理论发电效率高。

由于存在各种损失，H2燃料电池的实际输出电压只有

0.7V~0.8V，实际效率也远低于82%。

根据计算，10MW常压磷酸盐燃料电池，

以甲醇为燃料，实际效率可达48.4%；同样情况下的熔融碳酸盐燃料电池，实际

效率可达58.4%。

尽管燃料电池实际效率达不到理论值，但其实际发电效率仍高

于传统单循环热机的发电效率。

燃料电池发电效率的潜力巨大，通过组成联合循

环，发电效率将得到大幅度提高。

（2）小型高效，提高供电可靠性。

燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响

很小，燃料电池容量在250kW~1MW规模的发电效率，与先进的火电机组

300MW~500MW的发电效率相当，甚至更高。

因此，燃料电池是分布式电源的最佳选择，建在用户附近，节省输变电投资，减少输变电损失，对提高供电可靠

除微量CO2的空气为氧化剂，采用对氧电化学还原具有良好催化活性的Pt/C、

Ag、Ag-Au、Ni等为电催化剂制备的多孔气体扩散电极为氧电极，以Pt-Pd/C、

Pt/C或Ni等具有良好催化氢电化学氧化的电催化剂制备的多孔气体电极为氢电

极。

碱性燃料电池已成功地应用于载人航天飞行，作为Apollo登月飞船和航天

飞机的主电源，证明了燃料电池高效、高比能量、高可靠性。

磷酸型燃料电池[1]

以无机酸（浓缩的磷酸）为电解质，以空气为氧化剂，一中温H2S固体氧化物燃料电池材料的制备及电性能研究（4）: