新型cusdc多孔阳极的制备与表征【字数：9388】
固体氧化物燃料电池是一种新型高效环保发电装置，然而传统镍基阳极材料直接通以碳氢气体时，会催化形成碳-碳键，从而造成碳沉积。积碳会覆盖催化反应区域并会阻碍气体的传输。本文针对这一问题，以燃烧法合成的铜钐共掺氧化铈（CSCO）粉末作为阳极材料，采用压制法制备了阳极素胚，通过高温烧结并在氢气气氛中还原烧结成多孔陶瓷片（Cu/SDC）。利用XRD、SEM和Mapping等表征手段对多孔Cu/SDC陶瓷片的结构进行了表征。结果表明，压制还原法制得的多孔阳极有大量的纳米Cu从晶体中渗出，并锚固在多孔陶瓷框架的表面上，同时还有部分大颗粒Cu出现在SDC的晶界上。Cu的渗出会使得阳极材料的比表面积变大，这将有利于燃料气体快速通过并增大催化反应区域，同时金属Cu的生成有利于提高阳极的电导率。
目 录
1绪论 1
1.1燃料电池概述 1
1.2固体氧化物燃料电池（SOFC） 1
1.2.1工作原理 1
1.2.2特点 3
1.2.3应用 4
1.3阳极材料的研究进展 4
1.4阳极材料存在的问题 5
1.5本文的研究思路 6
2实验 7
2.1实验设备及材料 7
2.1.1实验设备 7
2.1.2化学试剂 7
2.2主要仪器的使用 7
2.2.1X射线衍射仪 7
2.2.2扫描电子显微镜 8
2.2.3压片机 8
2.3多孔阳极材料的制备 8
2.3.1粉末的制备 8
2.3.2压制素胚 9
2.3.3高温烧结 10
2.3.4氢气还原 10
3实验结果与讨论 11
3.1陶瓷片的XRD表征 11
3.2 Cu/SDC多孔阳极的微观形貌 13
3.3分析结论 15
参考文献 16
攻读学士学位期间发表的学术成果 17
致 谢 18
1绪论
1.1燃料电池概述
燃料电池的历史最早可以追溯到十八世纪初，由英国的William Robe *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
rt Grove爵士首先提出原型，被世人公认为“燃料电池之父”。燃料电池工作原理的发现则应归功于瑞士的科学家Christian。此后，燃料电池技术长期局限在实验状态，在1959年，一个输出功率为5kW的燃料电池组件被英国的工程师Francis Thomas Bacon所制造，是该技术的里程碑事件。上个世纪六十年代，美国的通用电气公司成功制造出来了质子交换膜燃料电池，是燃料电池技术发展史上的又一标志性事件。
燃料电池技术不同于传统的水力发电技术、风力发电技术及火力发电技术，它属于第四代发电技术，可以直接将燃料气体（如氢气、碳氢气体等）中的化学能直接转变成电能。由于化石燃料即将消耗殆尽且污染严重，燃料电池将会有效地解决人类的能源危机和严峻的环境问题。
燃料电池与其它电化学电池最大的区别就是只要燃料气体不断地被补充进来，电能就会不断地产生，且不受卡诺循环的限制，能量转换效率非常高，更为重要的是反应产物只 为水，几乎不会对环境造成污染。可以预见的是，燃料电池技术必定会给二十一世纪的能源产业带来革命性的变化，推动清洁能源的发展。
现今，多种类型的燃料电池已经被开放出来并进行了相应的应用，根据导电离子的不同，可分为碱性燃料电池（导电离子为OH）、熔融碳酸盐型燃料电池（导电离子为CO32）、固体氧化物燃料电池（导电离子为O2）、质子交换膜燃料电池（导电离子为H+）以及磷酸燃料电池（导电离子为H+）。
在这些燃料电池中，固体氧化物燃料电池(SOFC)无疑有着良好的商业应用前景，一方面源于它的转换效率较高（可达50％以上），反应过程中还会产生大量的热量，可以实现热电联供，提升能源的利用率。另一方面，其可以直接利用碳氢气体（如甲烷）作为燃料，相比于氢气的产生，提纯，储存等面临的一系列问题，可以降低发电成本，便于大规模商业化，早日进入普通百姓家中[16]。
1.2固体氧化物燃料电池（SOFC）
1.2.1工作原理
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种全固态的化学发电装置，它可以将储存在燃料气体和氧化剂中的化学能高效地转换为电能[13]。
固体氧化物燃料电池的一般结构为阳极电解质阴极三明治结构。其中多孔阳极为燃料气体进行氧化反应的地方，多孔阴极为氧化剂进行还原反应的地方，致密的电解质则有效地隔绝了两端气体的混合，保证了反应的正常进行。其中电解质材料为固体氧化物燃料电池的研究重点。
具体电化学反应过程为：在阳极一侧持续通入氢气(H2)、甲烷(CH4)、天然气（主要成分为甲烷）等燃料气体，燃料气体就会被吸附到具有催化作用的阳极表面，通过阳极的多孔结构被扩散到阳极与电解质的界面处。在阴极一侧持续通入氧气，氧气就会被吸附到多孔阴极表面，由于阴极本身的催化作用，氧分子会得到电子变成氧离子。在化学势的驱动作用下，氧离子进入起固体氧离子导体的电解质里，由于存在浓度梯度将会引起扩散作用，氧离子最终会到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。阳极相当于电源的负极，阴极相当于电源的正极，连接两极，在外电路中形成电流便可驱动负载运行。
以氢气为燃料的氧离子传导型固体氧化物燃料电池反应如下：
阴极反应：
????
2
+4
????
?
→2
????
2?
（11）
阳极反应：
????
2?
+
????
2
→
????
2
目 录
1绪论 1
1.1燃料电池概述 1
1.2固体氧化物燃料电池（SOFC） 1
1.2.1工作原理 1
1.2.2特点 3
1.2.3应用 4
1.3阳极材料的研究进展 4
1.4阳极材料存在的问题 5
1.5本文的研究思路 6
2实验 7
2.1实验设备及材料 7
2.1.1实验设备 7
2.1.2化学试剂 7
2.2主要仪器的使用 7
2.2.1X射线衍射仪 7
2.2.2扫描电子显微镜 8
2.2.3压片机 8
2.3多孔阳极材料的制备 8
2.3.1粉末的制备 8
2.3.2压制素胚 9
2.3.3高温烧结 10
2.3.4氢气还原 10
3实验结果与讨论 11
3.1陶瓷片的XRD表征 11
3.2 Cu/SDC多孔阳极的微观形貌 13
3.3分析结论 15
参考文献 16
攻读学士学位期间发表的学术成果 17
致 谢 18
1绪论
1.1燃料电池概述
燃料电池的历史最早可以追溯到十八世纪初，由英国的William Robe *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
rt Grove爵士首先提出原型，被世人公认为“燃料电池之父”。燃料电池工作原理的发现则应归功于瑞士的科学家Christian。此后，燃料电池技术长期局限在实验状态，在1959年，一个输出功率为5kW的燃料电池组件被英国的工程师Francis Thomas Bacon所制造，是该技术的里程碑事件。上个世纪六十年代，美国的通用电气公司成功制造出来了质子交换膜燃料电池，是燃料电池技术发展史上的又一标志性事件。
燃料电池技术不同于传统的水力发电技术、风力发电技术及火力发电技术，它属于第四代发电技术，可以直接将燃料气体（如氢气、碳氢气体等）中的化学能直接转变成电能。由于化石燃料即将消耗殆尽且污染严重，燃料电池将会有效地解决人类的能源危机和严峻的环境问题。
燃料电池与其它电化学电池最大的区别就是只要燃料气体不断地被补充进来，电能就会不断地产生，且不受卡诺循环的限制，能量转换效率非常高，更为重要的是反应产物只 为水，几乎不会对环境造成污染。可以预见的是，燃料电池技术必定会给二十一世纪的能源产业带来革命性的变化，推动清洁能源的发展。
现今，多种类型的燃料电池已经被开放出来并进行了相应的应用，根据导电离子的不同，可分为碱性燃料电池（导电离子为OH）、熔融碳酸盐型燃料电池（导电离子为CO32）、固体氧化物燃料电池（导电离子为O2）、质子交换膜燃料电池（导电离子为H+）以及磷酸燃料电池（导电离子为H+）。
在这些燃料电池中，固体氧化物燃料电池(SOFC)无疑有着良好的商业应用前景，一方面源于它的转换效率较高（可达50％以上），反应过程中还会产生大量的热量，可以实现热电联供，提升能源的利用率。另一方面，其可以直接利用碳氢气体（如甲烷）作为燃料，相比于氢气的产生，提纯，储存等面临的一系列问题，可以降低发电成本，便于大规模商业化，早日进入普通百姓家中[16]。
1.2固体氧化物燃料电池（SOFC）
1.2.1工作原理
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种全固态的化学发电装置，它可以将储存在燃料气体和氧化剂中的化学能高效地转换为电能[13]。
固体氧化物燃料电池的一般结构为阳极电解质阴极三明治结构。其中多孔阳极为燃料气体进行氧化反应的地方，多孔阴极为氧化剂进行还原反应的地方，致密的电解质则有效地隔绝了两端气体的混合，保证了反应的正常进行。其中电解质材料为固体氧化物燃料电池的研究重点。
具体电化学反应过程为：在阳极一侧持续通入氢气(H2)、甲烷(CH4)、天然气（主要成分为甲烷）等燃料气体，燃料气体就会被吸附到具有催化作用的阳极表面，通过阳极的多孔结构被扩散到阳极与电解质的界面处。在阴极一侧持续通入氧气，氧气就会被吸附到多孔阴极表面，由于阴极本身的催化作用，氧分子会得到电子变成氧离子。在化学势的驱动作用下，氧离子进入起固体氧离子导体的电解质里，由于存在浓度梯度将会引起扩散作用，氧离子最终会到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。阳极相当于电源的负极，阴极相当于电源的正极，连接两极，在外电路中形成电流便可驱动负载运行。
以氢气为燃料的氧离子传导型固体氧化物燃料电池反应如下：
阴极反应：
????
2
+4
????
?
→2
????
2?
（11）
阳极反应：
????
2?
+
????
2
→
????
2
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