《基於閃燒技術的全納米結構SOFC的構築及電化學行為研究》是依託北京理工大學，由王振華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於閃燒技術的全納米結構SOFC的構築及電化學行為研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：王振華
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
固體氧化物燃料電池（SOFC）的電極結構對電池的輸出性能具有重大的影響，而傳統的高溫燒結方式顯著惡化了電極的微觀結構，阻礙了電極催化性能的發揮。本課題在青年基金研究工作的基礎上，提出了構筑陽極支撐型全納米結構SOFC的設計思路。採用直流閃燒技術，將納米電極和電解質的共燒結溫度降低到800℃以下，既能實現電解質薄膜的緻密化，又保證了電極材料的納米尺度。本課題通過對不同閃燒工藝下電解質及電極微觀結構的考察，研究電壓、電流、時間、溫度等過程參數對電池微觀結構的影響，揭示電池在閃燒過程中的結構演變規律。進一步結合黑體輻射理論，計算直流閃燒過程中的焦耳熱效應，解釋閃燒過程及提出可能的電解質燒結機理。利用電化學及結構表征手段，建立電極微結構與其電化學性能之間的內在聯繫，闡明電極微結構對輸出性能的影響機制。此項工作為高性能的SOFC的結構設計和實施，推動SOFC的發展具有重要的理論意義及套用價值。
結題摘要
本項目結合全納米結構固體氧化物燃料電池的設計理念，首先針對目前陰極存在的實際問題，合成出具有納米結構的新型多孔陰極材料；隨後對電解質材料的低溫閃燒行為及燒結機理進行研究；最後採用流延技術製備LST-NiO多層梯度陽極支撐的SOFC全電池，並對其電化學性能進行了研究。 本項目採用溶膠凝膠-共沸蒸餾法製備了納米BSFA0.09陰極材料。通過引入GDC緩衝層，克服了陰極與YSZ電解質之間的化學兼容性差的問題。基於GDC緩衝層，BSFA0.09在750 °C下的極化電阻為0.3009 Ω cm2，單體電池的最大功率密度達1321 mW cm-2。 開發了一種PVP輔助水熱合成法用於製備納米La2NiO4+δ材料。水熱合成前驅體在900 °C溫度下煅燒10 h就能得到純相La2NiO4+δ。在750 °C下，極化電阻為0.40 Ω cm2。單電池最大功率密度為834 mW cm-2，並且恆流16 h電池性能無衰減。 採用F127為絡合劑的溶膠-凝膠法製備納米La4Ni3O10陰極材料，在750 ℃時的陰極極化電阻為0.2588 Ω·cm2，單電池在750 ℃時最高功率密度900 mW·cm-2，且在0.825 A·cm-2恆流狀態下工作30 h無衰減。 本項目中，將閃燒技術套用於SOFC電解質La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ的緻密化中。在爐溫690 °C 、120 mA mm-2的電流密度下限流閃燒燒結10 min即可得到緻密的LSGM電解質。在800 °C下，電導率可達0.049 S cm-1，與傳統方法燒結的LSGM電導率相當。 採用閃燒技術實現了納米晶YSZ電解質極低溫度下的緻密化。在爐溫690 °C下發生閃燒時，8YSZ樣品的相對緻密度可達到95.8%，限流閃燒後的8YSZ樣品的電導率可達到0.055 S cm-1。在進一步最佳化爐溫和恆溫時間的前提下，8YSZ可在565 °C下發生緻密化燒結。 為構建全納米結構電池結構，同時提高SOFC在以碳氫燃料為燃料時的抗積碳性能，本項目設計了多層梯度陽極支撐的SOFC。利用限流閃燒方式對電池進行了燒制。研究表明，經過限流閃燒的SOFC陽極保持納米多孔結構，電解質YSZ完全緻密，且陽極與電解質結合完好。在750 °C下分別以H2和CH4為燃料，電池的功率密度達到750和600 mW cm-2。
