中文名 | 固體氧化物燃料電池新型材料 | 類????型 | 科技 |
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出版日期 | 2014年10月1日 | 語????種 | 簡體中文 |
ISBN | 7122212386 | 作????者 | 馬文會 于潔 |
出版社 | 化學工業(yè)出版社 | 頁????數(shù) | 218 頁 |
開????本 | 16 開 | 品????牌 | 化學工業(yè)出版社 |
第1章燃料電池技術概述1
11燃料電池的工作原理1
12燃料電池的特點2
13燃料電池的分類3
14燃料電池的應用4
15研究進展5
151堿性燃料電池5
152磷酸燃料電池6
153熔融碳酸鹽燃料電池8
154固體氧化物燃料電池(SOFC)11
155質子交換膜燃料電池(PEMFC)11
156其他類型的燃料電池13
第2章中溫固體氧化物燃料電池技術16
21SOFC的工作原理17
22SOFC的結構類型18
23SOFC的特點和應用19
24SOFC的研究進展20
241國外研究進展20
242國內研究進展22
243SOFC的中溫化22
25SOFC的構件材料研究狀況23
251SOFC的陰極材料24
252SOFC的電解質材料25
253SOFC的陽極材料27
254SOFC的互連接材料28
255SOFC的密封材料29
256SOFC電池制備技術29
第3章中溫固體氧化物燃料電池新型陰極材料32
31陰極材料La1-xSrxFe1-yMnyO3-δ
(LSFM)32
311檸檬酸鹽法制備LSFM的過程34
312檸檬酸鹽法制備LSFM的性能38
32陰極材料La1-xSrxFe1-yCoyO3-δ
(LSFC)42
321EDTA螯合溶膠凝膠法制備的
關鍵43
322EDTA螯合溶膠凝膠法制備LSFC
工藝優(yōu)化46
323LSCF材料結構和性能研究50
33陰極材料La08Sr02Co0085CuxFe0915-xO3-δ
(LSCCuF)53
331XRD分析54
332SEM及EDS分析55
333電導率測量結果與分析56
334LSCCuF與電解質的化學相容性
研究57
34陰極材料La08Sr02Co005FexMn095-xO3-δ
(LSCFM)57
341差熱熱重分析57
342粉體預燒和膜體的制備58
343XRD檢測59
344掃描電鏡59
345能譜分析59
346電導率σ和電導活化能Ea59
347碘滴定61
35陰極材料La1-x-ySrxCayFe1-zCozO3-δ
(LSCaFC)61
351XRD分析和EDS分析61
352SEM和BET結果62
353激光粒度分析62
354碘滴定法測量樣品的氧非化學
計量值63
355材料電導率63
356LSCaFC與LSGM電解質的化學
相容性64
36陰極材料La1-x-ySrxCayMn1-zCozO3-δ
(LSCMC)65
361La1-x-ySrxCayMn1-zCozO3-δ
(LSCMC)DSC/TG分析65
362變溫X射線衍射分析65
363電子探針顯微(EPMA)分析69
364粒度分析69
365材料制備焙燒曲線70
366材料的電導性能70
367電導活化能71
368特征溫度、體積密度及
微觀形貌72
369材料的熱性能72
3610材料的化學性能73
3611催化性能74
3612陰極材料的氧表面交換75
第4章中溫固體氧化物燃料電池新型陽極材料76
41陽極材料La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ
(LSCM)76
411改進固相法制備LSCM陽極
材料76
412GNP法制備LSCM陽極材料83
42陽極材料La1-xSrxCr1-y-zMnyCozO3-δ
(LSCMCo)87
421LSCMCo的物相分析87
422LSCMCo的形貌分析88
423LSCMCo的電導性能88
424LSCMCo的催化性能90
43陽極材料Ce08Ca02O18(CDC82)90
431CDC82前驅體物料的熱分析91
432CDC82的物相分析91
433CDC82的生成機理探討91
434CDC82的形貌分析92
435CDC82的電導性能93
436CDC82與LSGM和LSCM的化
學相容性94
437CDC82的催化性能94
44陽極材料Ce08Gd02O2-δ(GDC82)95
441GDC82前驅體物料的熱分析95
442GDC82的物相分析95
443GDC82的生成機理探討95
444GDC82的形貌分析96
445GDC82的電導性能96
446GDC82與LSGM和LSCM的化
學相容性97
447GDC82的催化性能98
45陽極材料Ce08Ca02O2La07Sr03Cr05
Mn05O3-δ(CDCLSCM)99
451CDCLSCM熱重分析檢測結果99
452CDCLSCM XRD物相分析檢測
結果99
453CDCLSCM掃描電鏡顯微結構
分析102
454CDCLSCM能譜分析結果102
455CDCLSCM與電解質YSZ相容性
測試103
456CDCLSCM在氫氣中的催化性
反應103
457CDCLSCM在空氣和氫氣氣氛下
的電導率104
46新型陽極材料3Ce08Ca02O027La07Sr03Cr05
Mn05-yCoyO3-δ(CDCLSCMCo)105
461CDCLSCMCo的特征105
462CDCLSCMCo01材料的熱分析105
463CDCLSCMCo01材料的物
相分析106
464CDCLSCMCo01材料的能
譜分析107
465CDCLSCMCo01材料的形
貌分析108
466CDCLSCMCo材料的電
導性能108
467CDCLSCMCo015材料分別與電解質
YSZ和LSGM的化學相容性110
468CDCLSCMCo015材料與電
解質LSGM的熱相容性111
469CDCLSCMCo015材料在氫氣下
的催化性能111
第5章中溫固體氧化物燃料電池新型電解質材料113
51電解質材料La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ
(LSGM)114
511LSGM的合成物料分析115
512LSGM合成物料的熱分析117
513LSGM的物相分析118
514LSGM的生成機理探討118
515LSGM的能譜分析119
516LSGM的形貌分析120
517LSGM粉體的粒度分布120
518LSGM的導電機理及性能121
519GNP法制備LSGM電解質
材料125
5110固相GNP聯(lián)合燒結法制備LSGM
電解質材料探索126
52LSGMC電解質材料合成及性能
研究127
521LSGMC前驅體物料的熱重
分析127
522燒結溫度127
523電極材料與電解質的化學相
容性128
524LSGMC陶瓷片的形貌分析129
525LSGMC粉體的粒度分布132
526碘量法測非化學計量值133
527LSGMC的電導性能133
第6章中溫固體氧化物燃料電池單電池技術及堆循環(huán)系統(tǒng)新流程136
61LSGM電解質與電極材料之間的
相容性136
611LSGM電解質與備選電極材料之間
的化學相容性能136
612LSGM電解質與備選電極材料之間
的熱匹配性能136
613備選電極材料的電導性能139
62單電池制作及性能考察140
621電池構件薄膜制作140
622電極薄膜的微觀形貌141
623單電池性能測試與結果145
63ITSOFC堆循環(huán)系統(tǒng)新流程148
631陽極積碳機理研究149
632甲烷重整措施154
633生物質氣等含甲烷燃料在SOFCs
中的循環(huán)系統(tǒng)新流程156
634循環(huán)系統(tǒng)的工作原理與特點156
第7章陽極支撐中溫固體氧化物燃料電池及其材料的研究160
71LSCM陽極材料的制備和性能表征160
711LSCM陽極材料的合成與表征160
712LSCM陽極基底的制備及造孔劑的
選擇研究160
713LSCM陽極材料的形貌結構162
714LSCM多孔陽極對甲烷的催化
活性165
715LSCM多孔陽極的電導率165
72NiOLDC陽極材料的制備和性能
表征166
721LDC材料制備及性能研究167
722NiOLDC陽極片制備及性能
研究169
73LSGM電解質薄膜的制備和性能
表征174
731固相法合成LSGM電解質
材料174
732射頻磁控濺射法制備LSGM電解質
薄膜175
733LSGM電解質薄膜的表征及工藝
優(yōu)化177
734漿料旋涂法制備LSGM電解質
薄膜192
735LSGM電解質薄膜的表征及工
藝優(yōu)化193
74單電池片制備及電池性能測試196
741單電池片制備197
742LSCM陽極支撐/漿料旋涂
LSGM/LSCF單電池片197
743LSCM陽極支撐/磁控濺射
LSGM/LSCF單電池片200
75NiOLDC陽極支撐單電池片性能
測試203
751NiOLDC陽極支撐/漿料旋涂
LSGM/LSCF單電池片204
752NiOLDC陽極支撐/磁控濺射
LSGM/LSCF單電池片207
參考文獻211
序言
能源利用和環(huán)境保護是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障,開發(fā)環(huán)境負荷低的能源高效利用技術具有重要的科學意義和廣闊的應用前景。燃料電池具有高效、清潔的優(yōu)點,被視為21世紀最有發(fā)展前途的能源技術之一。為實現(xiàn)我國的節(jié)能減排目標,建設節(jié)約型社會,進一步高效利用豐富的煤炭資源和生物質資源,我國倡導對固體氧化物燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)開展研究,盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用?!秶抑虚L期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006~2020)》也明確了SOFC作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的研究開發(fā)計劃。SOFC的一個重要發(fā)展方向是在保持含碳燃料內部重整的前提下降低其工作溫度,即研究開發(fā)中溫固體氧化物燃料電池(ITSOFC,一般認為操作溫度為500~850℃)。與常規(guī)的SOFC相比,ITSOFC不僅可以提高電池的開路電壓,而且由于可以使用金屬封裝材料,可明顯降低其制造與運行成本,同時,制備與使用溫度相適應的ITSOFC新型構件材料以保證電池性能成為研究的重點之一。近年來,得到了國內外的密切關注。
目前,國內的SOFC研究大多還處于各種基礎材料的實驗室探索試驗階段以及對于電池、電池堆和系統(tǒng)的模型研究階段。其中,對SOFC的各種構件材料的制備、性能研究較為集中。研究制備性能穩(wěn)定、催化性能良好、與電解質匹配好的多孔電極材料以及性能穩(wěn)定、與電極匹配好的致密電解質材料,并探索單電池的制作技術和工藝流程,力圖降低操作溫度,為以后大功率電池組的組裝積累理論依據(jù)和技術支持有著重要的意義。
昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室近年來在國家自然科學基金、云南省中青年學術帶頭人后備人才培養(yǎng)項目、教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃等項目支持下對SOFC主要構件材料的制備、結構和性能進行了系統(tǒng)的研究。本書主要根據(jù)課題組在ITSOFC新型構件材料方面的研究成果,結合國內外ITSOFC材料的研究進展,探討鈣鈦礦型復合氧化物電解質材料、陰極材料和陽極材料及其組成單電池的制備工藝和性能,以期對ITSOFC技術的研究有所推動。
全書共分為7章:第1章為燃料電池技術概述;第2章為中溫固體氧化物燃料電池技術;第3章為中溫固體氧化物燃料電池新型陰極材料;第4章為中溫固體氧化物燃料電池新型陽極材料;第5章為中溫固體氧化物燃料電池新型電解質材料;第6章為中溫固體氧化物燃料電池單電池技術及堆循環(huán)系統(tǒng)新流程;第7章為陽極支撐中溫固體氧化物燃料電池及其材料的研究。
本書由馬文會、于潔、陳秀華著,各章分工如下:第1、2、3章由于潔老師著;第7章由陳秀華老師著;其余各章由馬文會老師著并負責總體統(tǒng)稿。此書的出版,特別感謝昆明理工大學戴永年院士、王華教授、楊斌教授以及昆明冶金研究院謝剛教授的大力支持與幫助,在此表示誠摯的謝意。本書還得到課題組的老師和學生秦博、劉榮輝、馬學菊、張徐民、林航生、孫紅燕、陽建君、邢潔、李蕊的幫助,在此表示衷心的感謝。
由于著者時間和水平的限制,書中的不足和疏漏之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。
著者2014年4月