中低温质子陶瓷膜燃料电池的设计与制备研究
Finishedtime:May7,2010中国科学技术大学学位论文原创性声明
本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的
成果"除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人己经发表或
撰写过的研究成果"与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作
了明确的说明"
一叮!{签字日期:~乒/么答刀-
中国科学技术大学学位论文授权使用声明
作为申请学位的条件之一,学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学
拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构
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关数据库进行检索,可以采用影印!缩印或扫描等复制手段保存!汇编学位论
文"本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致"
保密的学位论文在解密后也遵守此规定"
口保密(年)
导师签名:线
签字日期:!-口/-,(1一摘要
摘要
能源和环境问题己经共同成为人类社会所面临的重大挑战,决定着人类社会
发展的进程和未来"燃料电池做为一种高效!环境友好的将化学能直接转化为电
能的装置引起了全世界范围内的巨大关注"固体氧化物燃料电池(SOFC)继第
一代磷酸盐燃料电池(PAFC)和第二代熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)成为第
三代燃料电池系统,也被称为高温(500e一1000e)燃料电池系统,其具有低
温室气体排放!高能源转换效率!燃料适应性强以及高系统组装性等优点,被世
界各国家和地区放在重要能源战略位置,经近十年的加速发展,正努力步入市场
化进程"实现产业化是目前SOFC发展所面临的最大挑战和最核心目标"
本论文针对目前SOFCS产业化发展阶段中所遇到的关键材料和制备技术的
巨大挑战,提出/中低温(intermediate一to一lowtemperature)+简易(sinlple)0
的研究观点和发展思路,综合考虑电解质!阴极!阳极和连接材料等关键材料和
相关制备技术,研究和发展了质子陶瓷膜燃料电池(Proto血cCeramicMembrane
FuelCells,pCMFCs)和简易固体氧化物燃料电池(51哪leSolidOxideFuelCells,
SSOFCS)"从电解质薄膜化制备技术入手,逆主流发展阴极支撑型SOFC,从电
解质和电极材料匹配选择侧重发展中低温阴极材料,同时研发简易高效率的中低
温质子陶瓷膜燃料电池制备技术,最后针对越来越复杂化的偏离产业化方向误区
发展了简易固体氧化物燃料电池"
本论文第一章通过对国内外固体氧化物燃料电池研究和发展现状调研,总结
概述了固体氧化物燃料电池的工作原理!关键材料!电池堆构型!发展趋势以及
致密电解质薄膜的制备方法等"围绕实现固体氧化物燃料电池产业化的挑战,提
出了本论文的研究目标及内容"
第二章逆主流发展了致密Ce08Smo201tg(SDC)电解质薄膜基阴极支撑型固
体氧化物燃料电池"针对阴极支撑型固体氧化物燃料电池中存在的共烧制备难
题,我们综合选择制备高活性电解质粉体和采用适当的制备技术来实现薄膜电解
质的低温共烧制备"以氨水为沉淀剂,在金属的硝酸盐中通过共沉淀方法制备均
匀纳米量级的Ce08Sm02O19(SDc)电解质粉体"拥有立方萤石结构的晶体固溶
体通过沉淀能够直接成相的主要原因在于OH一强烈的配位作用,它使三价饰的
氧化物更容易形成"固溶体颗粒被轻微水合,脱水过程主要发生在400e以下,
从而没有显著的晶粒长大"粉体在800e下灼烧2小时,没有发现团聚现象,
只有晶粒的少许长大,平均粒径尺寸为20nm左右"利用悬浮液喷涂技术,在多
孔阴极层上成功制备了10一林m厚的SDC电解质层"多孔阴极衬底和致密电解质
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