cumn合金涂层组织结构与sofc阴极环境中性能研究(附件)【字数：12608】
随着经济水平的发展和科学技术的进步，能源危机和全球环境污染成为全人类都必须面对的一个问题。因此，研制高效而无污染的新型能源产品已是迫在眉睫，例如，燃料电池。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效而且无污染的新型能源设备，应用广泛，前景极佳。但SOFC中某些组元的材料仍存在着种种问题，制约着这项技术的发展。为了获得足够高的电压，使用连接板将单体SOFC连接成电池堆。为了降低材料成本和加工成型难度，连接板材料从LaCrO3钙钛矿变为铁素体不锈钢。但在SOFC的工作环境下，连接板需要表面涂层来阻止氧元素向内扩散与铬元素向外扩散。涂层的材料还要满足包括高导电性，CTE与连接板材料的匹配，以及在操作条件下的热稳定性和化学稳定性等多种条件。性能优异且材料成本相对低廉的(Cu,Mn)3O4满足这些条件。本文首先采用真空电弧熔炼技术制备Cu-35Mn合金，然后将合金制成电极棒，用高能微弧合金化技术在430不锈钢表面制备涂层。再在800℃空气气氛中分别氧化20h和100h制得尖晶石涂层。最后研究了涂层氧化后的表面、截面形貌及涂层中元素分布。主要研究结果如下经20h高温氧化后的涂层表面生成一定量的Cu1.4Mn1.6O4尖晶石结构，具有一定的阻止Fe元素和Cr元素向涂层表面扩散的能力。涂层表面发生Cu元素的富集。经100h高温氧化后的涂层表面生成大量Cu1.4Mn1.6O4尖晶石结构，其阻止Fe元素向涂层表面扩散的能力同20h氧化后的产物相比较差。随高温氧化时间延长，Fe元素外扩散有所增加，但仍能被有效抑制。关键字固体氧化物燃料电池；连接板；真空电弧熔炼；高能微弧合金化；铜锰尖晶石
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 燃料电池 1
1.2.1 碱性燃料电池(AFC) 2
1.2.2 固体高分子型燃料电池(PEMFC) 2
1.2.3 磷酸型燃料电池（PAFC） 2
1.2.4 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC） 3
1.2.5 固体氧化物燃料电池（SOFC） 3
1.3 SOFC连接板 4
1.3.1 SOFC连接板简介 4
1.3.2 SOFC连接板材料 5
1.4铜锰尖晶石材料 6< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 1.5高能微弧合金化技术 7
1.6 研究的内容及思路 8
第二章 实验内容 9
2.1 实验材料及预处理 9
2.2 涂层制备 9
2.2.1 熔炼合金与电极棒制备 9
2.2.2 高能微弧合金化沉积合金层 11
2.2.3 高温氧化制备尖晶石涂层 11
2.3 表面及截面分析 12
2.3.1 X射线衍射仪(XRD) 12
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) 12
第三章 实验数据及分析 14
3.1 20h高温氧化后的涂层分析 14
3.1.1 氧化前后质量变化 14
3.1.2 涂层表面SEM与EDS分析 14
3.1.3 涂层截面SEM与EDS分析 15
3.1.4 涂层XRD分析 16
3.2 100h高温氧化后的涂层分析 16
3.2.1 氧化前后质量变化 16
3.2.2 涂层表面SEM与EDS分析 17
3.2.3 涂层截面SEM与EDS分析 21
3.2.4 涂层XRD分析 22
结论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
第一章 绪论
1.1 引言
自从人类开始使用火，能源的概念便来到这个世上。从最基本普通的化石燃料，再到种种纷繁复杂的能量来源，不论是对地球原有造物的直接利用还是对其加工改造之后再获取所谓的“二次能源”，人类似乎总是难以找到一种可以用“完美”一词来形容的能源。
从富兰克林到法拉第再到西门子，科学事业对于电能的发现及利用对于人类的能源发展乃至文明的进步都堪称伟大，其高效、清洁、便捷、迅速等诸多优点使得它成为当今人类社会使用范围最广、领域最多、贡献最大的能源。但在运用它的同时，如同人类刚开始使用火一样，一个巨大的问题摆在人类的面前，电从何来。电能被归为二次能源的典型代表，顾名思义，若想使用电能则必须有一次能源作为支撑。所以问题回到了原点，人类仍然被迫使用地球上数量有限的造物来获取能量，即储量预警、污染环境的煤炭、石油、天然气等化石能源，效率低下、限制颇多的太阳能、风能、水能等清洁能源，更不用说废料难以无害处理，且危险极大的核能。
这样做的弊端也许在一开始显现不出来，但在21世纪的今天，在全人类共同面对能源危机与由于化石能源使用所带来的环境危机的今天，人类必须开发出新的高效而无污染的新型能源产品来拯救自己以及子孙后代。有资料显示：世界煤炭资源将在100~200年内消耗殆净，天然气资源则仅可维持50年左右，而且，以人类现有的粗糙的技术，在利用这些化石能源的同时带来了对生态环境的更多破坏：化石能源使用时释放的大量SO2所造成的全球性的酸雨堪称全球建筑与工业设施的头号杀手，而使用时释放出的CO2等温室气体则使两极的万里冰川渐渐融化，也许就在不远的未来，科幻电影中由人类自己一手造成的末日场景将不再是危言耸听之词。
从化石能源的化学能到电能，传统技术一直使用热能和机械能作为转化媒介，这便是化石能源在使用时产生诸多问题的一大原因所在。但其实早在1839年，英国人Grove就发明了原始的燃料电池，成功地将热能和机械能这两个效率低下的媒介抛在一边。而今天，这一项极具前途的技术重新回到我们的视野当中。
1.2 燃料电池
燃料电池是一种以电化学的方式将氢气或碳氢化合物中的化学能提取出来，并将其转化为电能和热能的装置。它虽然被称为“电池”，且具有与其他电池相似的结构，如正负极、电解质等，但实际上，它并非是一个储能装置，而更像是一个“发电厂”。燃料电池具有转化效率高、排放极低以及燃料来源广泛的特点。从战略角度考量，燃料电池在能源安全、国防安全、使用可靠等方面也具有极高的价值。
燃料电池按照其工作温度的不同可分为低温燃料电池，如碱性燃料电池(Alkaline Fuel Cell, AFC，工作温度为100℃)、固体高分子型燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC,工作温度为100℃以内)和磷酸型燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC,工作温度为200℃)；和高温燃料电池，如熔融碳酸盐型燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC，工作温度为650℃)和固体盐化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC,工作温度为1000℃)。还可根据其开发早晚顺序，可分为第一代燃料电池——磷酸型燃料电池(PAFC)，第二代燃料电池——熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)，以及第三代燃料电池——固体氧化物燃料电池(SOFC)。本研究主要进行的是固体氧化物燃料电池方面的研究。
1.2.1 碱性燃料电池(AFC)
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 燃料电池 1
1.2.1 碱性燃料电池(AFC) 2
1.2.2 固体高分子型燃料电池(PEMFC) 2
1.2.3 磷酸型燃料电池（PAFC） 2
1.2.4 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC） 3
1.2.5 固体氧化物燃料电池（SOFC） 3
1.3 SOFC连接板 4
1.3.1 SOFC连接板简介 4
1.3.2 SOFC连接板材料 5
1.4铜锰尖晶石材料 6< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 1.5高能微弧合金化技术 7
1.6 研究的内容及思路 8
第二章 实验内容 9
2.1 实验材料及预处理 9
2.2 涂层制备 9
2.2.1 熔炼合金与电极棒制备 9
2.2.2 高能微弧合金化沉积合金层 11
2.2.3 高温氧化制备尖晶石涂层 11
2.3 表面及截面分析 12
2.3.1 X射线衍射仪(XRD) 12
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) 12
第三章 实验数据及分析 14
3.1 20h高温氧化后的涂层分析 14
3.1.1 氧化前后质量变化 14
3.1.2 涂层表面SEM与EDS分析 14
3.1.3 涂层截面SEM与EDS分析 15
3.1.4 涂层XRD分析 16
3.2 100h高温氧化后的涂层分析 16
3.2.1 氧化前后质量变化 16
3.2.2 涂层表面SEM与EDS分析 17
3.2.3 涂层截面SEM与EDS分析 21
3.2.4 涂层XRD分析 22
结论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
第一章 绪论
1.1 引言
自从人类开始使用火，能源的概念便来到这个世上。从最基本普通的化石燃料，再到种种纷繁复杂的能量来源，不论是对地球原有造物的直接利用还是对其加工改造之后再获取所谓的“二次能源”，人类似乎总是难以找到一种可以用“完美”一词来形容的能源。
从富兰克林到法拉第再到西门子，科学事业对于电能的发现及利用对于人类的能源发展乃至文明的进步都堪称伟大，其高效、清洁、便捷、迅速等诸多优点使得它成为当今人类社会使用范围最广、领域最多、贡献最大的能源。但在运用它的同时，如同人类刚开始使用火一样，一个巨大的问题摆在人类的面前，电从何来。电能被归为二次能源的典型代表，顾名思义，若想使用电能则必须有一次能源作为支撑。所以问题回到了原点，人类仍然被迫使用地球上数量有限的造物来获取能量，即储量预警、污染环境的煤炭、石油、天然气等化石能源，效率低下、限制颇多的太阳能、风能、水能等清洁能源，更不用说废料难以无害处理，且危险极大的核能。
这样做的弊端也许在一开始显现不出来，但在21世纪的今天，在全人类共同面对能源危机与由于化石能源使用所带来的环境危机的今天，人类必须开发出新的高效而无污染的新型能源产品来拯救自己以及子孙后代。有资料显示：世界煤炭资源将在100~200年内消耗殆净，天然气资源则仅可维持50年左右，而且，以人类现有的粗糙的技术，在利用这些化石能源的同时带来了对生态环境的更多破坏：化石能源使用时释放的大量SO2所造成的全球性的酸雨堪称全球建筑与工业设施的头号杀手，而使用时释放出的CO2等温室气体则使两极的万里冰川渐渐融化，也许就在不远的未来，科幻电影中由人类自己一手造成的末日场景将不再是危言耸听之词。
从化石能源的化学能到电能，传统技术一直使用热能和机械能作为转化媒介，这便是化石能源在使用时产生诸多问题的一大原因所在。但其实早在1839年，英国人Grove就发明了原始的燃料电池，成功地将热能和机械能这两个效率低下的媒介抛在一边。而今天，这一项极具前途的技术重新回到我们的视野当中。
1.2 燃料电池
燃料电池是一种以电化学的方式将氢气或碳氢化合物中的化学能提取出来，并将其转化为电能和热能的装置。它虽然被称为“电池”，且具有与其他电池相似的结构，如正负极、电解质等，但实际上，它并非是一个储能装置，而更像是一个“发电厂”。燃料电池具有转化效率高、排放极低以及燃料来源广泛的特点。从战略角度考量，燃料电池在能源安全、国防安全、使用可靠等方面也具有极高的价值。
燃料电池按照其工作温度的不同可分为低温燃料电池，如碱性燃料电池(Alkaline Fuel Cell, AFC，工作温度为100℃)、固体高分子型燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC,工作温度为100℃以内)和磷酸型燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC,工作温度为200℃)；和高温燃料电池，如熔融碳酸盐型燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC，工作温度为650℃)和固体盐化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC,工作温度为1000℃)。还可根据其开发早晚顺序，可分为第一代燃料电池——磷酸型燃料电池(PAFC)，第二代燃料电池——熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)，以及第三代燃料电池——固体氧化物燃料电池(SOFC)。本研究主要进行的是固体氧化物燃料电池方面的研究。
1.2.1 碱性燃料电池(AFC)
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/93.html
