《SOFC金屬連線體抗Cr揮發成分調控及其對陰極毒化機理研究》是依託華中科技大學，由蒲健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：SOFC金屬連線體抗Cr揮發成分調控及其對陰極毒化機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蒲健
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
固體氧化物燃料電池(SOFC)是高效、清潔的電化學發電裝置，金屬連線體是SOFC電堆的重要部件之一。常用的Fe-Cr基連線體合金將出現高溫Cr揮發現象，並導致電池陰極毒化和性能衰減。在本項目中，通過成分設計與最佳化實現連線體合金表面複合氧化物膜的原位自生長，以及外層Mn-Cr尖晶石型氧化膜的化學成分、結構和形貌調控，從而達到抑制Cr揮發的目的。同時以La0.9Sr0.1MnO3陰極為敏感組元，將合金的Cr揮發與陰極的電化學性能變化相關聯，對Cr揮發過程進行精確測量和定量研究，進而建立連線體合金Cr揮發的評價體系。利用計算機模擬和微觀分析技術，探索氣態Cr揮發物在多孔陰極的遷移、形核及沉積規律，及其對陰極氧還原性能的影響，並明晰三相界面和極化電流的作用。確定連線體合金Cr揮發與陰極性能衰減之間的聯繫，闡明Cr揮發對陰極的毒化作用機理，為開發抗Cr揮發的新型金屬連線體提供理論依據。
結題摘要
固體氧化物燃料電池(SOFC)是高效、清潔的電化學發電裝置，金屬連線體是SOFC電堆的重要部件之一。常用的Fe-Cr基連線體合金將出現高溫Cr揮發現象，並導致電池陰極毒化和性能衰減。在本項目中，通過成分設計與最佳化實現連線體合金表面複合氧化物膜的原位自生長，以及外層Mn-Cr尖晶石型氧化膜的化學成分、結構和形貌調控，從而達到抑制Cr揮發的目的。同時以與連線體直接接觸的陰極材料為研究對象，通過電化學衰減測試方法快速判斷金屬連線體中Cr對陰極的毒化程度，並定量地計算出活化能的變化值，最後運用SEM、FIB-SEM以及三維重建技術對毒化後陰極中Cr的沉積位置、沉積形態和元素價態進行系統的分析。通過對連線體合金中Cr毒化陰極現象的綜合研究。得到如下有意義的研究成果：（1）通過調控合金成分，實驗室自主研發了新型金Fe-Cr-Co和Fe-Cr-Mn-Mo，在相同的實驗條件下，新型合金表現出更低的Cr毒化陰極程度，分別具有比常用連線體合金SUS430和Crofer22H更優異的抗Cr毒化性能。（2）基於Cr對SOFC常用陰極(La0.8Sr0.2)0.95MnO3-δ（LSM）、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）的毒化現象研究，發現Cr對LSM、LSCF陰極有不同的毒化機理。Cr對LSCF的毒化反應本質上是化學反應，對LSM的毒化反應卻需要電流驅動。（3）Cr對陰極的毒化程度與陰極自身結構存在直接關聯。隨著LSCF-GDC複合陰極燒結溫度的升高，Cr對陰極的毒化程度逐漸降低。（4）Cr毒化會直接影響LSCF陰極的氧還原反應， Cr在陰極上的沉積可能破壞了LSCF的晶體結構，降低了陰極材料中氧空位的數量。使得氧在陰極表面吸附解離的難度增大，從而減緩了後續各反應的速度，總體降低了LSCF陰極對氧氣的催化活性，Cr毒化效應在低溫段表現得更明顯。（5）通過對新型SSM陰極的Cr毒化效應進行評估，發現SSM經過Cr毒化後的產物主要為SrCrO4，而不是Cr毒化LSM陰極產生的(Mn,Cr)3O4。且在Cr毒化條件下，Cr毒化效應導致的SSM陰極性能衰減最終均可到達平穩狀態，表明Cr 對SSM陰極的毒化效應是可控的。（6）通過對最常見的商用合金SUS430施加MnCu0.5Co1.5O4塗層，抑制合金表面Cr的揮發，進而減緩Cr對陰極的毒化。
