【摘 要】
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固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高能量转化效率、高燃料灵活性、低污染的环境友好型电力发电系统,越发引起世界各国的关注。H_2/CO混合气是燃料电池主要的反应活性气体,因此研究H_2/CO比例组成等对阳极性能的影响十分必要。Ni基阳极凭借高催化活性、高输出性能一直受到青睐,但易团聚、易积碳的问题是Ni基阳极燃料电池广泛应用的重要障碍,因此选择Ni基阳极进行改性。本文详细探索了电解质支撑Ni-Y
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固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种高能量转化效率、高燃料灵活性、低污染的环境友好型电力发电系统,越发引起世界各国的关注。H2/CO混合气是燃料电池主要的反应活性气体,因此研究H2/CO比例组成等对阳极性能的影响十分必要。Ni基阳极凭借高催化活性、高输出性能一直受到青睐,但易团聚、易积碳的问题是Ni基阳极燃料电池广泛应用的重要障碍,因此选择Ni基阳极进行改性。本文详细探索了电解质支撑Ni-YSZ/SSZ/LSM单电池的制备工艺;并系统地研究了以H2/CO燃料气对Ni基阳极电池性能的影响;并通过掺杂Fe/Cu/Mg等金属对Ni基阳极进行改性,以期改善电池的输出性能及抗积碳性能。本文主要包括以下三部分内容:（1）采用流延法制备SSZ电解质,丝网印刷法涂覆电极材料,确定了优化的Ni-YSZ阳极制备的关键工艺参数:NiO:YSZ（mass%）为6:4,纳米NiO:微米NiO颗粒（mass%）为1:1,造孔剂:活性物质（mass%）为3:20,烧结温度为1350℃,最终得到表面平整无裂纹,结构均匀的阳极。（2）探索了电池的输出性能的影响因素,发现电池输出性能与温度、阳极进气流量及H2/CO比呈正相关,与稀释气N2浓度呈负相关。当H2/CO进气比例为3:1时电池功率特性和稳定性最好。综合放电性能、安全性等因素,得到最佳工艺条件为:工作温度800℃,阳极进气流量为250mL/min,N2浓度20%,H2/CO比例为3:1。（3）研究了高温固相法制备的Ni1-xFex-YSZ（x=0.15,0.2,0.25,0.3）、Ni1-xCux-YSZ（x=0.05,0.1,0.15,0.2）双金属阳极单电池、Ni0.9Cu0.1-xMgx-YSZ（x=0.005,0.01）三金属阳极单电池,表征其微观结构和性能。分析结果表明:向Ni-YSZ阳极材料掺杂Fe/Cu/Mg后,可有效抑制阳极金属相晶粒的粗化,并未对阳极材料的热膨胀特性产生明显的不利影响,有效提高材料的电导率,降低电池的极化阻抗,提高放电功率的同时显著改善了电池的长期稳定性和抗积碳性能。其中Ni0.9Cu0.1-YSZ阳极电池的电化学性能最好,最大功率密度可达到310.1mW/cm2。
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