《固體氧化物燃料電池性能衰減機制與控制的研究》是依託哈爾濱工業大學，由熊岳平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：固體氧化物燃料電池性能衰減機制與控制的研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：熊岳平
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
固體氧化物燃料電池（簡稱SOFC）性能衰減是制約SOFC發展的瓶頸課題。本課題研究電解質材料、電極材料在工作狀態下的功能變化引起SOFC性能衰減的機理。研究電解質材料與電極材料界面間的陽離子的擴散、遷移及化學反應行為對電化學性能的影響；研究界面間陽離子的擴散、遷移與晶粒、晶界的關係；並依據熱力學理論，研究推測長期工作對電池性能的影響，進而，確定最佳的材料組合，抑制界面過程引起的電池性能衰減，設計、修飾電極三相界面，抑制界面過程；研究燃料含有的外部化學物質及空氣中污染物質引起的電池性劣化的機理。在此基礎上，深入研究電化學反應場所即電解質/電極/氣體構成的三相界面的劣化現象，將電化學現象與電極和三相界面微細結構緊密結合，研究設計高性能電極，提高電極耐久性能，探求克服化學因素引起劣化的途徑與方法，由此，為我國SOFC的套用性開發研究增添基礎依據。
結題摘要
固體氧化物燃料電池（簡稱SOFC）在使用過程中存在的性能衰減問題是制約其實際套用的瓶頸之一，研究性能衰減機制與有效控制衰減現象具有很重要的理論價值和現實意義。SOFC性能衰減的成因大體可分為工藝、設計和材料三大影響因素。本課題從SOFC材料方面著手研究，初步研究了電解質材料、電極材料在發電工作狀態下的性能變化及電解質材料與電極材料界面間的陽離子的擴散、遷移及化學反應行為，分析了引起SOFC性能衰減的材料因素；探究了外部化學物質的引入對三相界面的影響反應；設計製備了形貌可控的一維納米微觀結構電極材料，表現出了良好的長期穩定性，從而有效控制了SOFC的性能衰減現象。本課題具體完成的研究工作如下： （1）SOFC電解質材料自身的穩定性研究通過溶膠凝膠法製備了La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ (LSGM)材料，通過恆電流500mA極化120h的方法來測定該電解質材料的長期穩定性，研究結果發現晶界處有明顯的物質析出，在晶體表面也同樣的有小的顆粒析出，從而首次發現了電流作用下的LSGM電解質材料晶體結構所發生的變化。恆電流極化作用下的GDC電解質也同樣出現了晶粒粗化現象。由此，揭示了材料晶體結構變化時引起電化學性能衰減的重要因素之一。 （2）SOFC電解質與陰極之間的界面行為研究 將LSGM電解質和SSC陰極片緊緊壓在一起，於800℃恆電流78.54mA極化672h，研究結果表明電壓隨著時間不斷增大，電阻增加，初步證實了LSGM電解質和SSC陰極界面離子遷移行為的存在。 （3）SO2對SSC陰極的影響 以LSGM為電解質，SSC為工作電極，在800℃空氣氣氛下，進行-0.2V的恆壓極化，將空氣切換為含100ppmSO2的空氣後，電流迅速下降。SEM測試可知，在SO2作用下的SSC陰極形貌明顯粗化，原本的多孔陰極結構遭到了破壞，揭示了外來物質對電化學性能機制的影響。 （4）高性能一維納米纖維基複合電極的研究與性能衰減的控制 利用靜電紡絲技術設計製備了形貌可控的一維納米纖維結構電極材料。採用浸漬技術添加離子傳導相，構築了納米纖維基複合電極體系。確立了一整套的複合電極製備工藝，得到了一系列優於文獻報導的高性能電極，具有良好的長期穩定性，從構成材料的角度有效控制了SOFC性能衰減現象。
