导读:本文包含了质子导体论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:质子,导体,氧化物,燃料电池,固体,电解质,阴极。
质子导体论文文献综述
陈雷行,苏金瑞,何豪,张宗镇,蔡彬[1]（2019）在《质子导体固体氧化物燃料电池的PrBa_(0.5)Sr_(0.5)Cu_2O_(6-δ)复合阴极材料》一文中研究指出采用柠檬酸盐燃烧法制备了无钴双钙钛矿氧化物PrBa_(0.5)Sr_(0.5)Cu_2O_(6-δ)(PBSC)粉体,探究其作为质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)阴极材料的可行性。研究了它与质子导体电解质BaZr_(0.1)Ce_(0.7)Y_(0.2)O_(3-δ)(BZCY)之间的化学相容性,分析了单相阴极PBSC、复合阴极PBSC-BZCY与电解质之间的热匹配性,并测试了单电池的电化学性能。结果发现,以PBSC为阴极、NiO-BZCY为阳极、BZCY为电解质的单电池在750℃时的最大功率密度为230 mW·cm~(-2),表明PBSC可作为H-SOFCs的阴极材料。而以PBSC-BZCY为阴极的单电池在750℃时的最大功率密度高达669 mW·cm~(-2)。复合阴极电池性能的大幅提高主要与阴极反应从单相阴极/电解质界面扩展到复合阴极电池的整个阴极区域,大幅降低电池电阻有关。PBSC-BZCY复合阴极在H-SOFCs中的应用具有较好的前景。(本文来源于《材料导报》期刊2019年10期）
刘晶晶[2]（2019）在《高性能质子导体基固体氧化物燃料电池新型阴极材料及其电化学研究》一文中研究指出能源短缺和环境污染是阻碍人类发展的两个重大挑战[1]。与传统的火力发电厂相比,固体氧化物燃料电池(SOFCs)具有高的能量转换效率、燃料灵活性、低排放等优点。然而,氧离子导体基SOFCs高的运行温度导致电池长期稳定性的降低是阻碍其商业化发展的重要原因。因此降低SOFCs的运行温度是促进其商业化发展的迫切需求。质子导体基SOFCs由于其在中低温下优异的性能输出,成为了研究学者解决氧离子导体基SOFCs高运行温度的重要途径之一。本论文围绕质子导体基固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)进行了一系列新型阴极材料的设计及其电化学性能表征等研究工作。论文的第一章,简单阐述了该论文的研究背景,质子导体基SOFCs的概念、原理、研究进展等。同时,对质子导体基SOFCs的电解质材料、阴极材料及反应动力学等进行了重点论述。论文第二章探索了一种新型的无钴阴极Ba0.95Ca0.05Fe0.9-xSnxY0.1O3-δ-SDC(x<=0.1)。在这里,它首次应用于质子导体基固体氧化物燃料电池。我们研究了Sn掺杂量对材料的相结构、电导率、热膨胀系数(TEC)和电化学性能的影响。TEC数据表明,掺杂Sn可以有效降低热膨胀系数,室温至850℃温度范围内的平均热膨胀系数从Ba0.95Ca0.05Fe0.9Y0.1O3-δ的17.8×10-6 K-1降低到 12×10-6 K-1(Ba0.95Ca0.05Fe0.8Sn0.1Y0.1O3-δ)。具有Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-δ-SDC阴极的单电池在700℃时可达到949 mW cm-2的最大功率密度。实验结果表明Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-δ-SDC是质子导体基固体氧化物燃料电池有希望的阴极材料。论文第叁章通过阴离子F和阳离子Ca,Sn,Y在BaFe03-δ上的共掺杂成功地开发了新型阴极Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-x-δFx(x=0,0.05,0.1)。研究了F-掺杂对材料的相结构、电导率和电化学性能的影响。实验结果表明F-的掺杂可以有效的提高材料的电导率,同时,相对于无氟阴极,含氟阴极的电化学性能得到了显着的提升,由Ba0.95Ca0.05Fe0.85 Sn0.05Y0.1O2.9-δF0.1和Sm0.2Ce0.8O2-δ组成的复合阴极应用于BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ电解质的H-SOFCs中,在700℃时,实现了1050mW cm-2的最大功率密度和0.039Ωcm2的极化电阻。结果表明,阴、阳离子共掺杂策略可以为H-SOFOs中的阴极材料提供新的方向。论文的第四章在前两章工作的基础上探讨了卤族元素掺杂对材料的相结构、电导率以及电池的电化学性能影响的规律性。研究了不同含氯材料Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-x-δClx(X=0,0.05,0.1)作为阴极应用于质子导体基SOFCs的潜力。研究发现,Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-x-δClx材料的电导率随着Cl含量的增加而增加,当材料组分为Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O2.9-δCl0.1时,电导率最大。阴离子C1的掺杂可以有效的提高电池的电化学性能,当阴极组分为Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O2.9-δCl0.1-SDC时,电池具有最优的性能,在700℃时的极化电阻(Rp)为0.025 Ω cm2。实验结果表明含氯材料有希望成为质子导体基SOFCs阴极材料的候选者。论文的第五章对论文的研究内容进行了总结,同时对今后可能需要进行的质子导体基SOFCs相关的研究工作做了展望。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-06）
王帅[3]（2019）在《质子导体基SOFC电解质材料的性能优化研究》一文中研究指出固体氧化物燃料电池(SOFCs)因具有燃料适应性广、能量转换效率高和污染物排放少等优点受到人们越来越多的关注和研究。质子导体电解质材料在中低温具有高的质子电导率,相较于氧离子导体电解质材料具有低的传导活化能;与氧离子导体SOFCs相比,质子导体SOFCs在阴极产生水,避免了阳极燃料气体的稀释。因此,质子导体SOFCs引起研究者们广泛研究。掺杂BaCeO_3和BaZrO_3质子导体是当前广泛研究的两个电解质材料体系,本论文针对这两个质子导体电解质材料体系展开性质、性能优化研究。本论文各章内容如下:第1章,本章重点介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理、SOFCs电解质材料的研究现状以及质子导体传输机制。第2章,列出了实验试剂和仪器设备信息,以及样品制备和表征方法。第3章,本章目标是采用Nd、Y共掺策略改善BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)电解质材料的质子传导性能。结果表明,BaCe_(0.8)Y_(0.15)Nd_(0.05)O_(3-δ)组分在空气和氢气气氛均表现出最高的电导率。结合XRD、SEM和阻抗谱测试等表征结果,对Nd、Y共掺策略改善性能的原因进行关联和解释。第4章,叁价稀土元素R与Y共掺杂能够提高BaCeO_3材料的电导率。为此,本章研究了Sm、Y共掺杂的BaZr_(0.8)Sm_xY_(0.2-x)O_(3-δ)(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)材料,以期获得性能改善的锆酸钡基电解质材料。结果表明,随着Sm掺杂量提高,材料烧结性能改善,但总电导率、晶界电导率和晶粒电导率不断下降。针对电导率降低的现象,进行了可能的原因分析。第5章,氧化钙作为烧结助剂和钙离子作为钙钛矿A位掺杂剂都已有研究,但钙离子作钙钛矿B位掺杂的研究没有文献报道。本章首次研究了低浓度钙离子B位掺杂对BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)电解质性能的影响。结果表明,低浓度的钙离子能够掺杂进BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)(BZY)的B位,且有效的提高了BZY的烧结性;烧结性的提高以及晶胞自由体积的增大,提高了BZY材料的电导率。第6章,BaCeO_3-CeO_2复合电解质能够很大程度上缓解BaCeO_3材料的不稳定性和CeO_2的漏流现象。本章利用共掺杂策略改善BaCeO_3-CeO_2复合电解质的传导性能。在BCSY-SYDC复合氧离子-质子混合导体中,BaCeO_3和CeO_2两相具有很好的化学相容性,BCSY-SYDC在改善BaCeO_3和CeO_2各自缺点的同时具有较高的电导率和烧结活性。阳极支撑的以BCSY-SYDC为电解质的单电池在工作条件下具有比CeO_2基SOFCs高的开路电压和可观的电功率密度。第七章,本章对整体论文进行概括总结,展望未来质子导体研究的方向和目标。(本文来源于《齐鲁工业大学》期刊2019-05-05）
刘百玲[4]（2019）在《基于铋氧簇复合材料的设计合成及其质子导体性能研究》一文中研究指出质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种新型清洁能源发电设备,具有能量转换效率高、零污染等特点,因此在能源领域占据着至关重要的地位。质子交换膜是燃料电池的核心部件之一,其质子传导率的优异程度决定着燃料电池的输出功率。研究发现,开发新型具有高效传导性能的本征质子导体材料以替代商业化Nafion膜,使其在燃料电池装置中大规模应用是一项重大挑战。为此,以传统多酸材料为导向,构筑连续的质子传导路径和选择合适的质子载体是实现高效质子传导的基础。本论文选用和传统多酸分子具有类似结构的铋氧簇为研究主体,利用铋氧簇阳离子的特征,与不同阴离子复合,形成不同类型的质子导体,探究其结构对质子传导性能的影响。1.利用铋氧簇大阳离子{H_6Bi_(12)O_(16)}和多金属氧簇大阴离子(PW_(12)O_(40)~(3-))的相互作用,制备了一种新型的多孔离子型纳米晶无机质子导体。该离子晶体为质子的快速传输提供了“灵活”的多质子通道。杂多阴离子同时作为质子载体和亲水位点,能够提高材料的质子电导率。同时正电荷的铋氧簇可以通过与亲水性阴离子平衡,有效地抑制多酸阴离子在高相对湿度下的流失。2.利用植酸阴离子的调控诱导硝酸铋水解生成层状化合物,探究质子载体的浓度及本征质子导体结构对质子传导性能的影响。3.利用亲水性铋氧簇阳离子纳米晶体{H_6Bi_(12)O_(16)}与亲水性氧化石墨烯相互作用,采用真空辅助自组装的方法制备了一种高效的质子传导材料—{H_6Bi_(12)O_(16)}/GO纳米复合膜。{H_6Bi_(12)O_(16)}/GO能够实现质子传导性和甲醇渗透性之间的平衡,同时显示出对过氧化氢较高的催化分解能力,以及快速的湿度响应和恢复特性,并在较宽的温度范围内(-40~90℃)表现出了高效的质子传导性能。4.铋氧簇在分子水平杂化修饰在Nafion的离子纳米通道中,制备出了Nafion-{H_6Bi_(12)O_(16)}杂化膜。铋氧簇{H_6Bi_(12)O_(16)}由于其合适的结构尺寸,在溶液中选择性地与Nafion亲水链相互作用从而维持了Nafion杂化膜的微观相分离结构。适量的亲水性{H_6Bi_(12)O_(16)}主要分布在离子纳米相,而过量的{H_6Bi_(12)O_(16)}主要分布于骨架纳米相中,填充剂精确的分布对膜的微观结构和性能产生了不同的效应。离子纳米相中的{H_6Bi_(12)O_(16)}可以作为增加质子传导的位点,提高质子传输亲水性能,同时不会失去机械稳定性。铋氧簇{H_6Bi_(12)O_(16)}与Nafion膜的磺酸基团-SO_3H之间的静电或氢键相互作用是构建连续的质子传输通道的主要作用力。杂化膜界面处通道的物理、化学微环境协同优化产生贯通的连续传输路径,即一个水分子能够与多个S-OH,或Bi-O-H…OH形成氢键,导致氢键网络中O-O距离缩短,致使质子传递能垒降低,显着提升了质子的传递效率和甲醇燃料电池的输出功率。因此,分子水平杂化技术具有显着的提高工艺效率和成本节约的前景。(本文来源于《东北师范大学》期刊2019-05-01）
唐海娣[5]（2019）在《质子导体基固体氧化物燃料电池阴极的微观形貌修饰与性能研究》一文中研究指出能源问题关系到地球的可持续发展,作为高效的能源转换装置,固体氧化物燃料电池(SOFC)受到了广泛的关注。SOFC可以直接将化学能转化为电能且不需要燃烧过程,该能源转换装置还具有环境友好、燃料适应性强、结构简单等诸多优点。传统的氧离子传导固体氧化物燃料电池(O-SOFC)的工作温度较高,这为电池的封装和长期稳定性带来了隐患。相比之下,由于质子传导的活化能较低,使得基于质子电解质的质子传导固体氧化物燃料电池(H-SOFC)则能够在中低温条件下运行。随着工作温度的降低,要想确保电池整体运作效率,阴极材料的选择至关重要。论文研究围绕适用于H-SOFC的高性能材料开发展开了研究,通过阴极微观形貌修饰来提高阴极材料的电化学和催化性能,在中低温条件下获得理想的电池性能。论文在第一章部分交代了研究的背景,重点阐述了H-SOFC的工作原理、质子导体电解质材料和阴极材料等内容,并对本文使用到的静电纺丝和化学浸渍纳米制备工艺进行了介绍。第二章研究了静电纺丝方法制备的La2NiO4+δ(LNO),LaNi0.6Fe0.4O3-δ(LNF)无钴纳米纤维阴极,得到的纳米纤维结构阴极具有高孔隙率和高比表面积的优点,能够在提高气体输送速率的同时增加阴极的叁相界面反应位点。性能最好的LNF纳米纤维单相阴极电池700℃下最大功率密度为551 mWcm-2,极化电阻为0.128 Ω·cm2。与传统粉末燃烧法制备的阴极相比,纳米纤维阴极的性能得到显着的提高。第叁章中利用化学浸渍法在La2NiO4+δ(LNO)阴极骨架表面沉积LaNi0.6Fe0.4O3-δ(LNF)纳米颗粒,得到具有应用潜力的LNO-LNF复合纳米结构阴极,将其用在BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ(BZCY)基H-SOFC上能够获得优异的电池性能。本章还研究了不同的LNF浸渍量对阴极微观形貌和电化学性能的影响,电化学研究表明,在700℃条件下,31wt%LNF浸渍阴极的单电池具有最低的极化电阻和最高的功率密度,分别为0.027 Ωcm2和969 mWcm-2。可以看出,使用浸渍工艺制备具有纳米结构的复合可有效提高H-SOFC电池的性能。第四章研究了叁相(H+/O2-/e-)传导的H-SOFC复合阴极,依然是使用化学浸渍法制备,以质子导体的BZCY作为阴极骨架,浸渍混合氧离子-电子传导的LNF纳米颗粒,将其应用在BZCY基H-SOFC上,可有效提高电池功率,在700℃时其功率达到1082 mWcm-2。除此之外,本实验还在保持阴极组分的情况下互换了骨架和浸渍材料,即用BZCY浸渍LNF骨架,对比研究结果表明,后者的最高电池性能远远不及LNF浸渍BZCY骨架阴极的电池。由此可以看出,选取合适的纳米浸渍对于实验设计也很重要。第五章是对论文全篇内容的总结,并在研究总结的基础上对未来新能源发展形势下H-SOFC工作做出了研究展望。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-01）
陈红,杨春利,吕强,马欣宇,陈喜[6]（2019）在《质子导体BaCe_(0.7)In_(0.25)Tb_(0.5)O_(3-δ)电导率和化学稳定性的研究》一文中研究指出采用改进的柠檬酸盐法制备了In、Tb共掺的BaCeO_3基质子导体,分别采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了质子导体的相结构和微观形貌,并采用电化学工作站测试了样品的电导率。由于Tb具有较低的电负性,Tb掺杂的BaCeO_3基质子导体具有很高的电导率,并且样品在干燥空气下电导率略高于湿润氢气和湿润氮气。In、Tb共掺的样品具有较好的烧结活性,但其电导率较低。由于Tb较低的电负性,In、Tb共掺杂的样品在CO_2和H_2O中的化学稳定性较差,需要进一步提高。(本文来源于《功能材料》期刊2019年04期）
庄丽彬[7]（2019）在《混合质子—电子导体透氢膜的制备、表征以及性能研究》一文中研究指出混合质子—电子导体透氢膜是一种同时具备质子电导率和电子电导率的致密陶瓷膜,理论上其对氢气的选择性可以达到100%。为满足实际工业的需求,混合质子—电子导体透氢膜需要具有良好的透氢性能和稳定性。目前常采用金属离子掺杂或构筑双相膜的手段改善透氢膜性能,但透氢量仍然较低,稳定性较差。本论文以改善透氢膜的透氢性能和稳定性为目的,采用非金属离子对透氢膜进行掺杂,探讨非金属离子对透氢膜晶体结构、电导率、透氢性能和稳定性的影响。最后,为进一步提高钙钛矿型氧化物的透氢性能,本文构筑金属—氧化物双相膜,并研究其透氢性能和稳定性。首先,采用固相球磨法制备了不同含量非金属磷离子掺杂的钨酸镧型氧化物La_(5.5)W_(1-x)P_xO_(11.25-δ)(x=0、0.1、0.2、0.3)粉体,烧结成致密片状膜后,考察了膜片的相结构以及相应的透氢性能。经相结构分析,这一系列氧化物在1550℃烧结致密后均能呈现单一的立方相结构。在透氢测试中,磷离子掺杂后膜片的透氢量相比未掺杂膜片的透氢量均有所提高。其次,选择钼掺杂钨酸镧型氧化物为研究材料,对其进行了非金属磷离子掺杂,制备了La_(5.5)W_(0.6)Mo_(0.4-x)P_xO_(11.25-δ)(LWMPx)(x=0、0.05、0.1、0.2)透氢膜,研究了非金属磷离子对材料电导率、透氢性能和稳定性的影响。结果表明,LWMP0.025膜的电导率和透氢量都得到了改善。在透氢测试中,1000℃时其透氢量达到0.127 mL min~(-1) cm~(-2)。此外,在950℃下50小时透氢测试中,LWMP0.05膜透氢量的衰减趋势相较LWM透氢量的衰减更加缓慢,说明高温下掺杂磷离子能抑制钼离子挥发。接着,在钙钛矿型氧化物BaCe_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)的氧位中掺杂非金属氟离子,制备了BaCe_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)F_x(x=0、0.025、0.05、0.1)粉体并烧结成致密膜。结果表明,氟离子掺杂对氧化物中BaCeO_3和BaFeO_3两相的含量、氧化物中Fe元素的价态以及晶格氧的结合能等均有影响。此外,还研究了相应膜的透氢性能,发现氟离子掺杂后透氢膜的透量都有所提高。在1000℃以及吹扫侧通入湿润气氛的条件下,BaCe_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)F_(0.025)膜片的透氢量高达1.85 mL min~(-1) cm~(-2)。最后,为进一步提高钙钛矿型氧化物BaCe_(0.85)Fe_(0.15)O_(3-δ)的电子电导率,引入金属镍作为电子电导相,构筑了金属—陶瓷双相膜Ni-BaCe_(0.85)Fe_(0.15)O_(3-δ),研究了双相膜的微观形貌和元素分布情况,考察了温度、干湿气氛以及进料侧氢气分压对双相膜透氢量的影响,并进行了透氢量稳定性测试。实验结果表明,在1000℃和两侧干燥气氛下该双相膜的透氢量可以达到0.325 mL min~(-1) cm~(-2),是同条件下单相陶瓷膜透氢量的四倍。在850℃下,Ni-BaCe_(0.85)Fe_(0.15)O_(3-δ)的透氢量在50小时测试中能维持稳定在0.19 mL min~(-1) cm~(-2)。(本文来源于《华南理工大学》期刊2019-04-08）
陈铠炀[8]（2019）在《质子导体BZYO电解质的制备和掺杂改性的研究》一文中研究指出本文通过浸渍法、溶胶凝胶法制备出两种Y掺杂BaZrO_3电解质,它们对比在成相温度,微观形貌,烧结活性以及电解质性能上的差别。随后通过两种不同合成路径的浸渍法制备出Ni元素掺杂的BZYO电解质,并对Ni元素掺杂过后,该电解质的烧结活性和离子导电能力进行研究。首先通过浸渍法和溶胶凝胶法制备出白色的BaZr_(0.85)Y_(0.15)O_(3-δ)(BZYO)粉末,通过对比发现,浸渍法制备出的BZYO电解质成相温度低,形貌规则、分散均匀,具有成本低、工艺简单的优点。浸渍法制备的BZYO电解质的相对密度在烧结温度为1550℃时达到89.3%,晶粒尺寸大,得到了致密性良好的电解质。烧结温度的升高提高了电解质的离子导电性能,在烧结温度1550℃,测试温度700℃下测得电导率为0.057 S/cm,此时的晶体活化能为0.446 eV。溶胶凝胶法制备的BZYO电解质晶粒尺寸更小,但具有更好的烧结活性,但由于更大的晶界阻抗,导致电解质欧姆阻抗增大,最大电导率在烧结温度1550℃,测试温度700℃下测得为0.00443 S/cm,此时的晶体活化能为0.6129 eV。为改善BZYO的烧结活性和离子导电性能,并探索一种廉价高效的制备路线,最后通过两种不同合成路径的浸渍法制备了Ni元素掺杂的Ni-BZYO电解质,通过Ni元素的掺杂,Ni-BZYO电解质的烧结活性和致密性有一定程度的提高,但是离子导电性能却略有下降,并且电导率随着Ni元素掺杂量增加而呈现先增后减的趋势。在Ni元素掺杂量0.5 wt%时,电解质致密性最好,电导率最高达0.0202 S/cm,此时晶体活化能为0.4138 eV。对比两种合成路径的浸渍法各项性能表征发现,一步反应的一次浸渍法比二次浸渍法具有更好的致密性和离子导电能力。(本文来源于《中国矿业大学》期刊2019-04-01）
翟绍雄[9]（2019）在《强质子导体填充的聚合物电解质复合膜》一文中研究指出质子交换膜是燃料电池的关键部件。它需要有良好的质子电导率,同时还需要阻隔燃料的渗透。杜邦公司成功商业化生产的Nafion系列质子交换膜具有很高的质子传导率(0.1S/cm)和优异的化学稳定性,但其依然具有几个明显的缺点。比如,价格高昂、燃料渗透率高且在高温低湿度下失水严重,阻碍了其在燃料电池中的应用。制备以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为代表的碳氢系无氟磺酸膜是替代Nafion的可行方案之一。但SPEEK较低的质子电导率制约了其在燃料电池中的实际应用。所以,提高SPEEK的质子电导率是相关研究的重点。将具有良好质子传导能力的纳米材料作为填料加入聚合物中是提高质子交换膜的一种简单有效的方法,这类材料则通常含有酸根基团。将十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为填料加入SPEEK中,当填料质量分数达到10%时,质子电导率从0.051S/cm提高到0.091S/cm。对电导率进行稳定性测试,薄膜在水中浸泡120h以上电导率不发生变化。亲水相的增大使得质子传导环境变好,加入SDBS后,薄膜活化能逐渐降低。磷钨酸(HPW)与石墨相氮化碳(g-C3N4)水热法结合后的纳米填料成功解决了HPW在水中的流失问题。粉末的XRD、FTIR、TGA和XPS显示HPW与g-C3N4有良好的结合。当HPW与g-C3N4的比例为5:1,填料质量分数为10%时质子交换膜在水中的电导率从0.057S/cm提升到0.086S/cm,在75%湿度及以下时,电导率比纯SPEEK高出一个数量级以上。由于HPW本身的IEC 比较低,掺有HPW/C3N4纳米填料的薄膜虽然吸水率和电导率有提高,但是IEC依然有所降低。(本文来源于《华北电力大学(北京)》期刊2019-03-01）
朱安康[10]（2019）在《SrSc_(0.175)Nb_(0.025)Co_(0.8)O_(3-δ)作为质子导体固体氧化物燃料电池阴极的性能研究》一文中研究指出质子导体固体氧化物燃料电池(H+-SOFCs)相较于氧离子导体固体氧化物燃料电池(O2--SOFCs)具有诸多优势,如操作温度低、活化能低和电解质的离子电导率高等。电解质的高离子电导率使得H+-SOFCs可以在中低温(400～700℃ 范围内运行,从而最大限度地减少燃料电池组件的热降解并且缩短器件程序启动和关闭的时间。然而,当燃料电池实际操作温度小于750℃时,对阴极材料的氧还原催化活性存在极大的挑战。此外,与O2--SOFCs不同,反应产物水在H+-SOFCs阴极侧生成从而使得H+-SOFCs阴极材料可能需要满足一些特殊的要求。虽然质子导体固体氧化物燃料电池已经引起了研究者们的广泛关注。然而,到目前为止,由于缺少一种合适的阴极材料使得H+-SOFCs电池整体性能仍然较低。研究表明,同时具有氧离子-电子-质子(O2--e--H+)叁重载流子传导能力的钙钛矿材料是一种理想的H+-SOFCs阴极材料。于是,对叁重载流子传导的氧化物阴极材料的开发成为当今研究的热点,也是本项目研究的主要内容。首先,我们合成了 SrSc0.175Nb0.025Co0.8O3-δ(SSNC)钙钛矿氧化物材料,研究了 SSNC材料作为H+-SOFCs阴极的氧化还原催化性能,进一步考察了水气氛对其催化反应活性的影响。同时研究了 BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ(BZCY)电解质和SSNC阴极的化学兼容性、稳定性以及SSNC作为单电池阴极时的电化学性能。在600℃条件下、干空气和不同水含量的空气气氛中,对SSNC/BZCY/SSNC对称电池的电化学交流阻抗谱进行了测试,研究了 SSNC阴极的电化学行为。比较了 SSNC阴极在不同水分压气氛中的催化活性。研究结果表明,在600℃条件下,10%水-空气气氛中,SSNC/BZCY/SSNC对称电池的极化阻抗为0.26Ωcm2;在700℃时,采用NiO+BZCY/BZCY/SSNC结构的单电池输出的峰值功率密度为498 mW cm-2。但是,在阴极的高温制备过程中,SSNC阴极与BZCY电解质会发生高温界面反应。其次,在前面研究工作的基础上,详细地研究了水增湿对SSNC阴极反应过程的影响。我们在不同温度和湿度条件下测试了 SSNC/BZCY/SSNC对称电池的电化学阻抗变化,并对其阻抗变化做更细致地分析。根据阻抗变化进行拟合发现,水的引入能够明显降低对称电池的欧姆阻抗,这主要归因于BZCY为良好的质子传导的电解质材料。当SSNC阴极原位产生质子时,质子作为载流子通过电解质使得欧姆阻抗减小。分析对称电池在不同频率范围内的极化阻抗时发现,当引入水之后,在650 ℃条件下,SSNC阴极材料的氧吸附、解离和氧离子扩散速率明显加快。氧吸附和扩散速率虽然在550 ℃时增加,但是载流子转移速率在 550 ℃和450 ℃时降低。进一步对结构为NiO+BZCY/BZCY/SSNC的单电池在湿空气和干空气中进行循环稳定性测试发现,以SSNC为阴极材料的固体氧化物燃料电池在干湿循环空气中具有优异的稳定性。最后,为了解决电解质与阴极之间的高温界面反应问题,尝试采用Ba元素部分取代 SSNC钙钛矿材料 A位的 Sr元素,成功合成了Ba0.5Sr0.5Sc0.175Nb0.025Co0.803-δ(BSSNC)阴极材料;研究了 BSSNC 材料作为质子导体燃料电池阴极的性能以及长期稳定性。研究结果表明,在700℃下,以BSSNC为阴极的质子导体燃料电池峰值功率密度为633 mW cm-2;当引入过多的水时,燃料电池的稳定性有所降低,这主要归因于多余的水会覆盖BSSNC阴极材料表面从而导致阴极材料与氧接触的活性位点减少造成燃料电池性能的降低。这表明,为了提高燃料电池工作的长期稳定性,及时将燃料电池阴极部分多余的水分移除至关重要。我们也对BSSNC/BZCY/BSSNC对称电池在600 ℃湿空气条件下的电化学阻抗谱进行了详细分析。结果表明,在600℃干空气气氛条件下,载流子扩散速率占主导部分;当水引入阴极时,中频范围内的阻抗氧还原反应速率占主导部分。(本文来源于《安徽大学》期刊2019-03-01）
质子导体论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
能源短缺和环境污染是阻碍人类发展的两个重大挑战[1]。与传统的火力发电厂相比,固体氧化物燃料电池(SOFCs)具有高的能量转换效率、燃料灵活性、低排放等优点。然而,氧离子导体基SOFCs高的运行温度导致电池长期稳定性的降低是阻碍其商业化发展的重要原因。因此降低SOFCs的运行温度是促进其商业化发展的迫切需求。质子导体基SOFCs由于其在中低温下优异的性能输出,成为了研究学者解决氧离子导体基SOFCs高运行温度的重要途径之一。本论文围绕质子导体基固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)进行了一系列新型阴极材料的设计及其电化学性能表征等研究工作。论文的第一章,简单阐述了该论文的研究背景,质子导体基SOFCs的概念、原理、研究进展等。同时,对质子导体基SOFCs的电解质材料、阴极材料及反应动力学等进行了重点论述。论文第二章探索了一种新型的无钴阴极Ba0.95Ca0.05Fe0.9-xSnxY0.1O3-δ-SDC(x<=0.1)。在这里,它首次应用于质子导体基固体氧化物燃料电池。我们研究了Sn掺杂量对材料的相结构、电导率、热膨胀系数(TEC)和电化学性能的影响。TEC数据表明,掺杂Sn可以有效降低热膨胀系数,室温至850℃温度范围内的平均热膨胀系数从Ba0.95Ca0.05Fe0.9Y0.1O3-δ的17.8×10-6 K-1降低到 12×10-6 K-1(Ba0.95Ca0.05Fe0.8Sn0.1Y0.1O3-δ)。具有Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-δ-SDC阴极的单电池在700℃时可达到949 mW cm-2的最大功率密度。实验结果表明Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-δ-SDC是质子导体基固体氧化物燃料电池有希望的阴极材料。论文第叁章通过阴离子F和阳离子Ca,Sn,Y在BaFe03-δ上的共掺杂成功地开发了新型阴极Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-x-δFx(x=0,0.05,0.1)。研究了F-掺杂对材料的相结构、电导率和电化学性能的影响。实验结果表明F-的掺杂可以有效的提高材料的电导率,同时,相对于无氟阴极,含氟阴极的电化学性能得到了显着的提升,由Ba0.95Ca0.05Fe0.85 Sn0.05Y0.1O2.9-δF0.1和Sm0.2Ce0.8O2-δ组成的复合阴极应用于BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ电解质的H-SOFCs中,在700℃时,实现了1050mW cm-2的最大功率密度和0.039Ωcm2的极化电阻。结果表明,阴、阳离子共掺杂策略可以为H-SOFOs中的阴极材料提供新的方向。论文的第四章在前两章工作的基础上探讨了卤族元素掺杂对材料的相结构、电导率以及电池的电化学性能影响的规律性。研究了不同含氯材料Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-x-δClx(X=0,0.05,0.1)作为阴极应用于质子导体基SOFCs的潜力。研究发现,Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O3-x-δClx材料的电导率随着Cl含量的增加而增加,当材料组分为Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O2.9-δCl0.1时,电导率最大。阴离子C1的掺杂可以有效的提高电池的电化学性能,当阴极组分为Ba0.95Ca0.05Fe0.85Sn0.05Y0.1O2.9-δCl0.1-SDC时,电池具有最优的性能,在700℃时的极化电阻(Rp)为0.025 Ω cm2。实验结果表明含氯材料有希望成为质子导体基SOFCs阴极材料的候选者。论文的第五章对论文的研究内容进行了总结,同时对今后可能需要进行的质子导体基SOFCs相关的研究工作做了展望。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
质子导体论文参考文献
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[9].翟绍雄.强质子导体填充的聚合物电解质复合膜[D].华北电力大学(北京).2019
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