固体氧化物燃料电池电解质材料sdc的制备及性能研究(附件)
固体物燃料电池在21世纪成为一个新型的效率高、安全、干净的能源。固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种能将燃料的化学能转化为电能且不受卡诺循环限制的装置。因为它这些突出的性能，世界上各个国家开始对固体燃料电池投入大量研究，希望用以解决能源和环境问题。 本实验我们采用柠檬酸溶胶凝胶法和甘氨酸燃烧法，制取电解质粉SDC,从X射线衍射分析、扫描电子显微镜分析等对它的形貌和性能进行判断，实验表明甘氨酸法能更好的让金属离子分散均匀，在中温度煅烧，粉体的尺径更小，烧结更密。以La0.3Y0.1Sr0.1Cr0.5Co0.5O3-δ 为阳极，Ag为阴极，甘氨酸法制备的SDC为电解质的单电池，它的功率密度好，并表现出较好的耐硫特性。关键词固体氧化物燃料电池，中温，甘氨酸，柠檬酸
目录
1绪论 1
1.1 燃料电池简介 1
1.2 固体氧化物燃料电池 (SOFC) 工作原理 2
1.3 燃料电池的种类 3
1.4 固态氧燃料电池(SOFC)的优缺点 3
1.5 燃料电池的历史及研究现状 4
1.6 电解质现在所面临的技术问题 5
2 实验部分 5
2.1 柠檬酸和甘氨酸法制备电解质的实验步骤 5
2.2 电池的制备及组装 8
2.3 原料和药品 8
2.4 相关表仪器和设备 9
3 结果与讨论 9
3.1 XRD图比较 10
3.2 SEM比较 12
3.3 交流阻抗图 12
3.4 单电池的性能 14
结论 15
致 谢 16
参考文献 17
1绪论
能源和环境如今成为当今各个国家重视的问题，高效，可持续的发展才是未来社会的主题[12]。众所周知人们使用的都是不可再生能源，大多数是我们普遍认为的三大能源(煤，石油，天然气)，它们决定了一个国家的经济发展，同时它决定了一个国家的文明发展程度、综合国力和人民生活水平。人们迫切寻找一种新型能源。
1.1 燃料电池简介
太阳能、风能、核能、地热能、生物质能等逐渐成为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
人类开发利用的新宠儿。虽然这些新能源使用率常年增加，但它所占总能源比例仍然相对较低，只占全球能源使用2%左右，总之， 化石燃料的市场份额仍然占据很大比例。随着能源来源越来越少，环境污染加剧以及极端天气事件的增加，我们意识到清洁，高效的能源使用是未来能源开发和利用的最终方向。 大多数化石燃料现在通过燃烧释放出能量。 例如，我们燃烧煤碳来发电，煤把化学能最终转化为电能。 这种方法发电效率极差，取决于燃烧释放和能量转换，总效率[34]最高只有30％。
固体氧化物燃料电池（SOFC）作为21世纪新型的电池，它能够在800℃~900℃中等温度下，有效，安全，清洁的把化学能转化为电能 。与充电电池不同，充电电池需要在每次使用后充电[56]，并且电池在活性物质用完时不能使用而它只要在一个充满燃料和氧化物的条件下，就能不断的运行。燃料电池由电解质，阳极和阴极组成。在一定的条件下电池里面的物质被激活。燃料电池开始工作。阳极氢被分离成2种物质，分别为质子和电子，通过电解质质子和电子传导到阴极，与氧和其他电子结合，最终被氧化生成热量和水，电子通过导线传导形成电流(图1.1)。
燃料电池还具有其他特点，例如在1000℃~1500℃的工作条件下，固体氧化物燃料电池，该电池的燃料一般为碳氢化合物，而且电池的燃料还可以由碳直接作用。此外，燃料电池还具有尾气清洁、无噪音、对环境造成的影响小、容易获取。它在现在被认为新型绿色能源，前景[78]一片光明。
图1 燃料电池的工作原理示意图
1.2 固体氧化物燃料电池 (SOFC) 工作原理
它能将化学能转化为电能，一般由阴极、阳极和电解质构成，它由三层结构组成。它被称为PEN（正极，电解质和负极），被电解质分为阳极（接触燃料气体）和阴极（接触氧化剂）。
氢气和氧气一般情况下它们会从阴、阳极进入。在一定的温度下运行，就会产生电流，如图2 所示，该电池发生化学反应的电化学过程如下[9] 在阴极上,氧分子得到电子被还原成氧离子：
O2 + 4e →2O2 (11)
氧离子在一定的条件下，在电池里面，转向到阳极上与燃料进行化学反应：
2O2+ 2H24e→ 2H2O (12)
4O2 + CH4 8e→ 2H2O + CO2 (13)
O2+ CO 2e→ CO2 (14)
电池总的反应方程式为:
2H2+ O2→2H2O (15)
CH4+ 2O2→2H2O + CO2 (16)
2CO + O2→2CO2 (17)
图2电池内部反应情况
1.3 燃料电池的种类
1低温燃料电池
碱性燃料电（AFC）,其中电解质大多数情况下为酸碱度为强碱性的液体，载体常采用石棉网。操作条件大概是在80℃~210℃之间。好处有：效率高，低污染排放，技术可靠；缺点有：反应条件要求苛刻，氢气氧气的纯度要求高。大多数都是用价格高或者过度的金属作为阴阳极的材料，一般碱性电池大多数它的电解质腐蚀性都很强，因此该电池用的时间都很短。这种电池目前主要在高新产业，像笔记本或者航天技术。
2 中温燃料电池
该电池是采用磷酸作为电解质载体，一般情况下，操作条件的温度大概在250℃左右，燃料为天然气和氢气，它的操作条件温度低。好处：性能优秀，使用的时间长;坏处：使用一定的材料，会发生中毒，腐蚀还有效率低的情况，会导致该电池的使用时间大大缩水。
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1绪论 1
1.1 燃料电池简介 1
1.2 固体氧化物燃料电池 (SOFC) 工作原理 2
1.3 燃料电池的种类 3
1.4 固态氧燃料电池(SOFC)的优缺点 3
1.5 燃料电池的历史及研究现状 4
1.6 电解质现在所面临的技术问题 5
2 实验部分 5
2.1 柠檬酸和甘氨酸法制备电解质的实验步骤 5
2.2 电池的制备及组装 8
2.3 原料和药品 8
2.4 相关表仪器和设备 9
3 结果与讨论 9
3.1 XRD图比较 10
3.2 SEM比较 12
3.3 交流阻抗图 12
3.4 单电池的性能 14
结论 15
致 谢 16
参考文献 17
1绪论
能源和环境如今成为当今各个国家重视的问题，高效，可持续的发展才是未来社会的主题[12]。众所周知人们使用的都是不可再生能源，大多数是我们普遍认为的三大能源(煤，石油，天然气)，它们决定了一个国家的经济发展，同时它决定了一个国家的文明发展程度、综合国力和人民生活水平。人们迫切寻找一种新型能源。
1.1 燃料电池简介
太阳能、风能、核能、地热能、生物质能等逐渐成为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
人类开发利用的新宠儿。虽然这些新能源使用率常年增加，但它所占总能源比例仍然相对较低，只占全球能源使用2%左右，总之， 化石燃料的市场份额仍然占据很大比例。随着能源来源越来越少，环境污染加剧以及极端天气事件的增加，我们意识到清洁，高效的能源使用是未来能源开发和利用的最终方向。 大多数化石燃料现在通过燃烧释放出能量。 例如，我们燃烧煤碳来发电，煤把化学能最终转化为电能。 这种方法发电效率极差，取决于燃烧释放和能量转换，总效率[34]最高只有30％。
固体氧化物燃料电池（SOFC）作为21世纪新型的电池，它能够在800℃~900℃中等温度下，有效，安全，清洁的把化学能转化为电能 。与充电电池不同，充电电池需要在每次使用后充电[56]，并且电池在活性物质用完时不能使用而它只要在一个充满燃料和氧化物的条件下，就能不断的运行。燃料电池由电解质，阳极和阴极组成。在一定的条件下电池里面的物质被激活。燃料电池开始工作。阳极氢被分离成2种物质，分别为质子和电子，通过电解质质子和电子传导到阴极，与氧和其他电子结合，最终被氧化生成热量和水，电子通过导线传导形成电流(图1.1)。
燃料电池还具有其他特点，例如在1000℃~1500℃的工作条件下，固体氧化物燃料电池，该电池的燃料一般为碳氢化合物，而且电池的燃料还可以由碳直接作用。此外，燃料电池还具有尾气清洁、无噪音、对环境造成的影响小、容易获取。它在现在被认为新型绿色能源，前景[78]一片光明。
图1 燃料电池的工作原理示意图
1.2 固体氧化物燃料电池 (SOFC) 工作原理
它能将化学能转化为电能，一般由阴极、阳极和电解质构成，它由三层结构组成。它被称为PEN（正极，电解质和负极），被电解质分为阳极（接触燃料气体）和阴极（接触氧化剂）。
氢气和氧气一般情况下它们会从阴、阳极进入。在一定的温度下运行，就会产生电流，如图2 所示，该电池发生化学反应的电化学过程如下[9] 在阴极上,氧分子得到电子被还原成氧离子：
O2 + 4e →2O2 (11)
氧离子在一定的条件下，在电池里面，转向到阳极上与燃料进行化学反应：
2O2+ 2H24e→ 2H2O (12)
4O2 + CH4 8e→ 2H2O + CO2 (13)
O2+ CO 2e→ CO2 (14)
电池总的反应方程式为:
2H2+ O2→2H2O (15)
CH4+ 2O2→2H2O + CO2 (16)
2CO + O2→2CO2 (17)
图2电池内部反应情况
1.3 燃料电池的种类
1低温燃料电池
碱性燃料电（AFC）,其中电解质大多数情况下为酸碱度为强碱性的液体，载体常采用石棉网。操作条件大概是在80℃~210℃之间。好处有：效率高，低污染排放，技术可靠；缺点有：反应条件要求苛刻，氢气氧气的纯度要求高。大多数都是用价格高或者过度的金属作为阴阳极的材料，一般碱性电池大多数它的电解质腐蚀性都很强，因此该电池用的时间都很短。这种电池目前主要在高新产业，像笔记本或者航天技术。
2 中温燃料电池
该电池是采用磷酸作为电解质载体，一般情况下，操作条件的温度大概在250℃左右，燃料为天然气和氢气，它的操作条件温度低。好处：性能优秀，使用的时间长;坏处：使用一定的材料，会发生中毒，腐蚀还有效率低的情况，会导致该电池的使用时间大大缩水。
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