微管式固體氧化物燃料電池陽極結構設計與性能研究

《微管式固體氧化物燃料電池陽極結構設計與性能研究》是依託武漢大學，由劉通擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微管式固體氧化物燃料電池陽極結構設計與性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉通
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

本項目結合發展新型高性能微管式固體氧化物燃料電池（SOFC）技術的迫切需要，針對高性能SOFC對陽極結構的要求，採用相轉化紡絲技術設計並可控制備適用於高性能微管式SOFC的理想結構陽極——長直孔層/薄海綿狀孔層雙層結構陽極。本項目還將採用X-射線體層成像儀（XCT）-三維重整技術真實還原微管式SOFC的空間結構（孔隙率、曲折因子等），系統研究陽極結構參數與相轉化紡絲技術參數之間的演變規律，探究陽極結構對陽極支撐微管式SOFC開路電壓、最大功率密度、極化電阻等電化學性能的影響；同時引入弛豫時間分布法（DRT）方法，解析陽極結構與微管式SOFC電極反應速控步驟之間的關係，建立陽極結構、工作條件、電池電化學性能之間的規律，解釋微管式SOFC的電極反應機理，並以此為依據設計並可控制備高性能微管式SOFC陽極。

結題摘要

本項目結合發展新型高性能微管式固體氧化物燃料電池（SOFC）技術的迫切需要，採用相轉化紡絲技術設計並可控制備了適用於高性能微管式SOFC的理想結構陽極（氫氣極）——長直孔層/薄海綿狀孔層雙層結構陽極。採用掃描電鏡和X-射線體層成像儀-三維重整技術研究了微管式SOFC陽極的空間結構參數（孔隙率、曲折因子等），確立了陽極結構參數與相轉化紡絲技術參數之間的演變規律，探究了陽極結構對陽極支撐微管式SOFC開路電壓、最大輸出功率密度、極化電阻等電化學性能的影響；同時引入弛豫時間分布法（DRT）方法解析了陽極結構與微管式SOFC電極反應速控步驟之間的關係，建立了陽極結構、工作條件、電池電化學性能之間的規律，解釋了微管式SOFC的電極反應機理。研究表明N-甲基-2-吡咯烷酮是一種理想的相轉化溶劑，通過設計和可控制備長直孔層/薄海綿狀孔層雙層結構陽極，800oC，濕潤氫氣為燃料時，陽極支撐微管式SOFC的最大輸出功率密度可以由482 mWcm-2增加到1209 mWcm-2，電池的歐姆電阻、總電阻和電極極化電阻分別由0.178Ωcm2、0.627Ωcm2和0.449Ωcm2降低為0.140Ωcm2、0.255Ωcm2和0.115Ωcm2。通過對電化學阻抗進行分析發現歐姆電阻的降低源於陽極/電解質接觸電阻的降低，而電極極化電阻的最佳化可能的原因是陽極功能層的引入將顯著增加陽極/電解質界面處的三相線密度，有效降低電極的活化極化電阻，進而顯著提高電池的電化學性能。本項目的研究工作將為設計並可控制備高性能微管式SOFC提供實驗和理論基礎，有望促進微管式SOFC技術的商業化套用。