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文献综述
1.燃料电池材料的研究背景
能源的获取和其利用方式的演变反映出人类文明的发展进程[1]。在当下这个工业不断发展的时代,能源消费的总量越来越大,而能源的总量却是在不断减少。我们可以很明显的看出,尽管能源供应已经在快速增加,但是仍然以更快速度增长的能源需求。因此,新能源是个一直需要研究的主题。
燃料电池是一种通过电化学反应而将燃料中化学能转换为电能的装置的新型绿色能源利用技术,具有高效、清洁、环境友好等诸多优点[2]。其中固体氧化物燃料电池(SOFC)被认为是最有发展前景的燃料电池之一,因而研究也最为广泛。YSZ(Y2O3稳定的ZrO2)具有卓越的热稳定性和化学稳定性、优异的力学性能以及在较宽的氧分压范围内呈现纯氧离子导电特性等优点,是SOFC最常用的电解质材料之一[3]。
2.研究意义及目的
燃料电池是公认的高校清洁有应用潜力的发电装置,在全球能源紧缺污染严重的今天再加上近几年燃料电池研究开发的快速发展,相对于国外预期在短期内实现SOFC的较大规模工业化,国内的研究进展及技术状态有着明显的差距[4]。SOFC相关研究是一项深入材料学、工学、微电子学等多范围、高经济效益的高精技术,生产工艺被严格保密,所以我们想要发展SOFC技术必须立足于自主研发。国内各项研究还处于基础材料的实验室探索阶段,制备出性能稳定、与电极材料匹配较好且致密的电解质材料是现下研究的重点之一,且对以后的大功率电池组组装,积累下理论依据和提供技术支持[5]。
过去所研究的SOFC高温材料一般为YSZ。由于YSZ对氧离子电导率并不算高,因此需要在800~1000℃的高温下,才有比较高的能量转化效率。再这样高的温度下,燃料电池的应用就造成了一些问题,比如材料难以选择,而且制备工艺比较复杂,成本也比较高。由大量的研究表明,要是能实现燃料电池的中温化可大大减少材料组件的烧蚀老化,有利于SOFC的商业化发展。
现今很多的YSZ的薄膜研制流程中,绝大部分是以于其纳米粉体的研制为基础。有大量研究表明YSZ薄膜的离子电导率、力学特性与纳米粉末的各项性质是息息相关的,一般要求粉体晶粒小、粒度分布窄、颗粒均匀、团聚少,因而研究制备性质优异的YSZ粉体成为当前的研究热点[6]。
依据FullCell电解质材料的相异性,一般分为五大类:
焰融碳酸盐燃料电(MoltenCarbonateFuelCell,MCFC)、
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