微波烧结法制备固体氧化物燃料电池电解质【字数：9754】
摘 要固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质的制备一般都是采用传统的高温加热烧结的工艺方式，但是这种烧结工艺方式在制备致密电解质方面存在致密性不足、气孔多和烧结温度高等缺点。微波烧结法制备固体氧化物燃料电池电解质材料的工艺有望弥补传统烧结工艺的缺点。本实验课题拟将微波烧结的工艺技术应用于SOFC的电解质陶瓷材料的制备过程，并与传统烧结工艺作对比，同时研究了微波法烧结中应用不同的原材料对电解质微观结构的影响，探寻微波烧结法在固体氧化物燃料电池电解质陶瓷材料制备上的应用前景。
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题研究背景 2
1.3 课题研究现状 2
1.4 固体氧化物燃料电池的原理 3
1.5 氧化铈基电解质的基本原理 4
1.5.1 萤石晶体结构 4
1.5.2 电解质电导率的传导机理 4
1.6 本文主要研究目标和内容 5
1.7 课题研究过程 6
2 实验部分 7
2.1 实验药品和仪器 7
2.1.1 实验的主要药品 7
2.1.2 实验的主要仪器 7
2.1.3 仪器的使用 8
2.2 硝酸盐溶液的配置 8
2.3 甘氨酸燃烧法制备两种不同前驱体SDC粉末 9
2.3.1 制备粉末一 9
2.3.2 制备粉末二 10
2.4 SDC陶瓷的制备 11
2.4.1 SDC粉末球磨 11
2.4.2陶瓷片素坯的压制 11
2.4.3 陶瓷片素坯的烧结 12
3 数据结果分析 14
3.1 SDC粉末的XRD表征 14
3.2 SDC粉末的粒度分布表征 15
3.3 陶瓷片的SEM分析 17
3.3.1 不同方法烧结而成陶瓷片的SEM分析 17
3.3.2 不同前驱粉末微波烧结而成陶瓷片的SEM分析 17
结束语 19
参考文献 20
致谢 21
1 绪论
1.1 引 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
言
今天的世界经济正在高速发展，但是面临的能源危机和地球环境恶化对人类的生存压力却是越来越大。当今世界，人类的生存状况面临的最大的困难之一是煤炭、石油、天然气等化石能源的日益枯竭和地球环境污染的日益加剧。我国在未来很长的一段时间里，仍然需要利用以煤炭等化石燃料为主要能源。化石能源不可逆的耗尽是人类的共识，因此我们在大力强调要发展新能源的同时，研究高效清洁利用化石能源技术也是迫在眉睫。科学研究发现，发展燃料电池技术是目前高效清洁利用化石能源技术的重要途径之一。
燃料电池的基本原理就是利用电化学反应的方式将碳氢燃料的化学能高效地转化为电能，在提高电池转化效率的同时也可以降低电池对地球环境的污染[1]。燃料电池的工作原理是具有和传统电池相同组成的电化学装置。燃料电池的基本单元是由一个氧化正电极和燃料负电极以及电解质组成的。但是和传统电池也有不同的地方，因为在传统电池的电池内部存在一些活性材料，从而限制了电池的容量。而燃料电池的正极和负极仅包含有催化转化器的元件，不包含活性材料。因此，燃料电池只是一种将化学能直接转化为电能的装置。当燃料电池正常工作时，从外部供应燃料和氧化剂来进行反应。通常情况下，只要连续不断地加注反应物并且不断清除反应产物，燃料电池就可以持续工作。
燃料电池是一种十分复杂的储能系统，它需要涉及到的学科理论非常广泛，热力学、电化学、材料学、电力系统等学科的有关理论都和它有关[2]。通常情况下，燃料电池的优点比较突出:第一，能量转化的效率比较高。燃料电池系统的电能转换效率通常在45%～60%，而火力发电的效率一般在30%～40%。燃料电池可以将燃料的化学能直接转化为电能，由于中间反应过程不需要燃烧，所以能量转换过程不受卡诺循环的限制[3]。第二，燃料电池的安装地点也比较灵活。燃料电池电站所需较小的占地面积，建设时间较短，同时电站所需要的功率可以根据不同数量的电池堆组装而成，十分方便。第三，燃料电池适用的范围比较广泛。燃料电池既可以建成集中电站也可以作为分布式电站，还可以作为小区、工厂、大型建筑的独立电站。第四，燃料电池的工作效率比较高。燃料电池的负荷响应比较快，运行质量高，在短时间内就可以从最低功率转换到额定功率[4]。
其中，固体氧化物燃料电池（SOFC）是燃料电池里比较特殊的一种，也是将化学能转化为电能的最高效的一种方式。近年来，随着中高温固体氧化物燃料电池的快速发展，国内外的研究更是方兴未艾。中国工程院、中国能源研究会、国家自然科学基金委员会、国家科技部等部门也都对SOFC的研究给予很大支持。然而，从全球的发展现状和研究进程来看，中国的SOFC的研究和发展还有很长的路要走。只有加大对SOFC技术的科研投入，才能使我国自主研发的SOFC技术运用到日常生活中。因此，只有充分认识到我国能源问题正在面临的严峻形势，才能更好促使我们通过科技创新来解决能源危机和可持续发展的问题。
1.2 课题研究背景
固体氧化物燃料电池是一种第三代燃料电池技术，也是一种战略性能源的新技术。它是一种可以在中高温下将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效又环境友好的转化为电能的全固态化学发电装置，被国内外广泛誉为是会在未来广泛普及和应用的一种新型燃料电池。SOFC的电解质材料使用的是固态离子导体，其转换效率在60％左右。固体氧化物燃料电池也具有与众不同的特点：第一，燃料适应性广，可以直接使用包括氢气、一氧化碳、天然气、沼气、液化石油气以及生物质气在内的多种碳氢燃料[5]。第二，具有全固态化的特点。第三，绿色环保，清洁无污染。第四，能量转换效率高，工作损耗较少。第五，可以模块化组装，方便快捷。由于固体氧化物燃料电池使用的是全固态电池结构，防止了由于使用液体电解质和电解质流失而引起的腐蚀，同时具有高抗硫性，这是未来有希望的技术路线。SOFC的应用范围非常广泛，几乎涵盖了所有的传统的电力市场，包括宅用、商业用、工业用以及公共事业用发电厂等，甚至便携式电源、移动电源、偏远地区用电及高品质电源[6]，甚至可以作为海上发电站、船舶动力电源、交通车辆动力电源以及应用在航空航天等其他领域。
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题研究背景 2
1.3 课题研究现状 2
1.4 固体氧化物燃料电池的原理 3
1.5 氧化铈基电解质的基本原理 4
1.5.1 萤石晶体结构 4
1.5.2 电解质电导率的传导机理 4
1.6 本文主要研究目标和内容 5
1.7 课题研究过程 6
2 实验部分 7
2.1 实验药品和仪器 7
2.1.1 实验的主要药品 7
2.1.2 实验的主要仪器 7
2.1.3 仪器的使用 8
2.2 硝酸盐溶液的配置 8
2.3 甘氨酸燃烧法制备两种不同前驱体SDC粉末 9
2.3.1 制备粉末一 9
2.3.2 制备粉末二 10
2.4 SDC陶瓷的制备 11
2.4.1 SDC粉末球磨 11
2.4.2陶瓷片素坯的压制 11
2.4.3 陶瓷片素坯的烧结 12
3 数据结果分析 14
3.1 SDC粉末的XRD表征 14
3.2 SDC粉末的粒度分布表征 15
3.3 陶瓷片的SEM分析 17
3.3.1 不同方法烧结而成陶瓷片的SEM分析 17
3.3.2 不同前驱粉末微波烧结而成陶瓷片的SEM分析 17
结束语 19
参考文献 20
致谢 21
1 绪论
1.1 引 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
言
今天的世界经济正在高速发展，但是面临的能源危机和地球环境恶化对人类的生存压力却是越来越大。当今世界，人类的生存状况面临的最大的困难之一是煤炭、石油、天然气等化石能源的日益枯竭和地球环境污染的日益加剧。我国在未来很长的一段时间里，仍然需要利用以煤炭等化石燃料为主要能源。化石能源不可逆的耗尽是人类的共识，因此我们在大力强调要发展新能源的同时，研究高效清洁利用化石能源技术也是迫在眉睫。科学研究发现，发展燃料电池技术是目前高效清洁利用化石能源技术的重要途径之一。
燃料电池的基本原理就是利用电化学反应的方式将碳氢燃料的化学能高效地转化为电能，在提高电池转化效率的同时也可以降低电池对地球环境的污染[1]。燃料电池的工作原理是具有和传统电池相同组成的电化学装置。燃料电池的基本单元是由一个氧化正电极和燃料负电极以及电解质组成的。但是和传统电池也有不同的地方，因为在传统电池的电池内部存在一些活性材料，从而限制了电池的容量。而燃料电池的正极和负极仅包含有催化转化器的元件，不包含活性材料。因此，燃料电池只是一种将化学能直接转化为电能的装置。当燃料电池正常工作时，从外部供应燃料和氧化剂来进行反应。通常情况下，只要连续不断地加注反应物并且不断清除反应产物，燃料电池就可以持续工作。
燃料电池是一种十分复杂的储能系统，它需要涉及到的学科理论非常广泛，热力学、电化学、材料学、电力系统等学科的有关理论都和它有关[2]。通常情况下，燃料电池的优点比较突出:第一，能量转化的效率比较高。燃料电池系统的电能转换效率通常在45%～60%，而火力发电的效率一般在30%～40%。燃料电池可以将燃料的化学能直接转化为电能，由于中间反应过程不需要燃烧，所以能量转换过程不受卡诺循环的限制[3]。第二，燃料电池的安装地点也比较灵活。燃料电池电站所需较小的占地面积，建设时间较短，同时电站所需要的功率可以根据不同数量的电池堆组装而成，十分方便。第三，燃料电池适用的范围比较广泛。燃料电池既可以建成集中电站也可以作为分布式电站，还可以作为小区、工厂、大型建筑的独立电站。第四，燃料电池的工作效率比较高。燃料电池的负荷响应比较快，运行质量高，在短时间内就可以从最低功率转换到额定功率[4]。
其中，固体氧化物燃料电池（SOFC）是燃料电池里比较特殊的一种，也是将化学能转化为电能的最高效的一种方式。近年来，随着中高温固体氧化物燃料电池的快速发展，国内外的研究更是方兴未艾。中国工程院、中国能源研究会、国家自然科学基金委员会、国家科技部等部门也都对SOFC的研究给予很大支持。然而，从全球的发展现状和研究进程来看，中国的SOFC的研究和发展还有很长的路要走。只有加大对SOFC技术的科研投入，才能使我国自主研发的SOFC技术运用到日常生活中。因此，只有充分认识到我国能源问题正在面临的严峻形势，才能更好促使我们通过科技创新来解决能源危机和可持续发展的问题。
1.2 课题研究背景
固体氧化物燃料电池是一种第三代燃料电池技术，也是一种战略性能源的新技术。它是一种可以在中高温下将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效又环境友好的转化为电能的全固态化学发电装置，被国内外广泛誉为是会在未来广泛普及和应用的一种新型燃料电池。SOFC的电解质材料使用的是固态离子导体，其转换效率在60％左右。固体氧化物燃料电池也具有与众不同的特点：第一，燃料适应性广，可以直接使用包括氢气、一氧化碳、天然气、沼气、液化石油气以及生物质气在内的多种碳氢燃料[5]。第二，具有全固态化的特点。第三，绿色环保，清洁无污染。第四，能量转换效率高，工作损耗较少。第五，可以模块化组装，方便快捷。由于固体氧化物燃料电池使用的是全固态电池结构，防止了由于使用液体电解质和电解质流失而引起的腐蚀，同时具有高抗硫性，这是未来有希望的技术路线。SOFC的应用范围非常广泛，几乎涵盖了所有的传统的电力市场，包括宅用、商业用、工业用以及公共事业用发电厂等，甚至便携式电源、移动电源、偏远地区用电及高品质电源[6]，甚至可以作为海上发电站、船舶动力电源、交通车辆动力电源以及应用在航空航天等其他领域。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/379.html
