基于自组装的质子导体固体氧化物燃料电池无钴复合阴极材料的开发文献综述

 2021-12-26 16:03:39

全文总字数:7178字

文献综述

1.1固体氧化物电池固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型的发电方式,与其他的电池不同,它是能量发生装置,并且在能量转换过程中不受卡诺循环的限制,SOFC由于具有没有CO、NO,等的污染,能量转换效率高,系统设计简单,造价低廉,性能稳定,可接受多种燃料等特点正日益受到各国的广泛关注。

固体氧化物燃料电池的工作温度在600-1000 ℃,目前各国的研究重点是如何通过电极材料、电解质材料以及连接体材料的选择和性能改进达到提高电池性能,降低电池工作温度的目的。

在固体氧化物燃料电池中,氢或碳氢化合物燃料在阳极发生氧化反应,氧在阴极上发生还原反应,氧化还原反应产生的电子沿着外电路由阳极传送到阴极,产生的氧离子则通过电解质从阴极一侧传送到阳极一 侧, 由于阴极处于高温的氧气气氛下,因此对阴极材料就有很严格的要求:它的电子电导率>100 S/m,理论密度要达到70%,孔隙率要达到30%,与电解质有热膨胀性能的相容性、热和化学稳定性、高的催化活性等。

在SOFC中,阴极在限制电池性能方面起着重要的作用,有研究显示,在薄电解质的SOFC中,在550-800℃范围内,阴极的界面电阻大约是整个电池总电阻的70%-85%,因此,阴极材料的选择和阴极材料性能的提高在增加电流密度和降低电池工作温度等方面显得非常重要。

目前,最常用的SOFC阴极材料是钙钛矿型稀土复合氧化物,近年来,人们从电极材料的结构、导电机理、阴极上的氧还原反应机理以及阴极膜结构等方面对掺杂钙钛矿型阴极材料进行了广泛的研究.并取得了较大的进展。

1.2电解质采用质子陶瓷膜作为电解质材料的质子传导基SOFC(H-SOFC)近年来得到了广泛研究。

与传统的氧离子迁移相比,质子传导的活化能较低,迁移更加容易,导致电解质在中低温区间(400-700℃)具有更加优异的电导率表现。

另外H-SOFC的工作过程中,H2在电池的阳极侧被电化学催化成质子,质子通过电解质在阴极侧与O2发生反应。

由于这种情况下电池反应产物H2O是在阴极侧产生的,有效避免了传统O-SOFC中燃料气被稀释的问题,这也有助于H-SOFC低温性能的提升。

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