一、固体氧化物燃料电池（论文文献综述）
吴肖龙,夏勇,胡凌燕,余运俊,夏志平,李曦[1]（2021）在《固体氧化物燃料电池发电系统动态模拟教学实验平台建设》文中研究表明搭建了固体氧化物燃料电池发电系统动态模拟教学实验平台。该平台由动态反应装置、监测控制、气体供给及尾气处理子系统组成。通过模拟系统的电化学发电反应,研究固体氧化物燃料电池系统在不同电池片片数、燃料流速、单片电池电压等反应条件对系统放电程度和电堆温度的影响,实现了科研项目和教学实验的紧密结合。实验鼓励学生自主设计实验方案,增强学生自主学习能力、动手实践能力和科研创新精神,在多元化的复合型人才培养中发挥了积极作用。
张雨檬[2]（2021）在《可逆固体氧化物燃料电池-储能系统概念设计与应用场景识别》文中研究指明为了解决化石能源短缺以及全球气候变暖问题,我国可再生能源发电占比不断提高。然而,可再生能源发电受自然条件影响具有不确定性、间歇性,导致电力供需不平衡,对电网安全运行带来挑战。储能系统作为能量的载体能够在电力过剩时储存电能,在电力短缺时释放电能,是解决大规模可再生能源并网问题的关键技术。固体氧化物燃料电池将氢气、甲烷、甲醇、氨、合成气等燃料化学能高效转化为电能,同时固体氧化物燃料电池还可以逆向运行在电解模式将可再生能源电能转化为燃料化学能,平抑可再生能源波动且实现电力、交通、化工产业融合。可逆固体氧化物燃料电池技术路径丰富、应用场景多变,作为大规模储能有长远发展前景。本文的研究目标为实现可逆固体氧化物燃料电池储能系统概念设计与应用场景最佳匹配及评估。储能系统性能参数、容量及运行策略优化需要考虑电池内部化学反应机理、传热传质及系统热质匹配集成且与应用需求相互耦合。同时市场价格波动及技术发展使得储能系统应用的边界条件复杂多变,导致储能系统优化配置不能以单一情景结果代表。可逆固体氧化物燃料电池储能系统的系统-应用场景-边界条件多尺度强关联特性导致目前该系统可行技术路径及应用场景尚不明确。本文提出可逆固体氧化物燃料电池储能系统概念设计与应用场景序贯优化方法解耦系统、应用场景、边界条件三个尺度,实现系统与应用场景最佳匹配及经济性评估。序贯优化方法首先开展可逆固体氧化物燃料电池储能系统概念设计,考虑电化学、热化学、传热、传质及系统多热质匹配集成建立储能电厂模型,构建包含多种技术路径及多个电厂优化设计的普适性储能系统设计库。然后,针对具体应用场景基于机组组合方法开展设计选择、设计定容与运行策略优化从而实现设计与需求的最佳匹配。最后,提取并表征应用场景多重不确定性,采用全局敏感性分析方法研究多重不确定性组合下储能系统与应用的匹配并进行经济性评估。本文采用序贯优化方法开展了可逆固体氧化物燃料电池储能系统在就地储能、调峰两种场景的应用。在就地储能应用中,开展基于可逆固体氧化物燃料电池的发电、储能双模式电厂就地储能研究。针对不同储能介质的双模式电厂采用多时间系统设计优化方法建立普适性双模式电厂设计库,研究与可再生能源耦合时双模式电厂模式切换及介质就地储存对系统与应用匹配及经济性的影响。进一步拓展双模式电厂系统设计,提出了能够依据调峰需求实现发电、储能、孤立切换的三模式电厂,设计考虑发电模式效率、储能模式效率、电厂成本的多目标优化,采用序贯优化方法评估生物质供应链、多电厂联合运行对系统经济性的影响。最后,考虑上述储能系统概念设计与应用匹配中的不确定性提出储能系统容量鲁棒优化方法。首先深入挖掘影响储能系统配置的不确定因素,主要分为可逆固体氧化物燃料电池热力学参数、市场价格、储能需求三个方面,针对不确定因素特征选择不确定参数量化方法。然后基于不确定参数量化建立可逆固体氧化物燃料电池储能系统容量配置鲁棒优化模型。最后根据全局敏感性分析方法对不确定参数重要度排序,指出影响可逆固体氧化物燃料电池储能系统商业化应用的关键因素。本文提出了实现可逆固体氧化物燃料电池储能系统与应用场景最佳匹配的序贯优化方法。评估了双模式就地储能电厂、三模式调峰电厂的经济性,并指出影响其经济性的关键因素,有助于推动固体氧化物燃料电池走向商业化应用。
张旸[3]（2021）在《对称固体氧化物燃料电池电极材料结构及性能研究》文中认为固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种将化学能直接转化为电能的能量转化装置,具有高效、清洁、全固态结构、燃料适应性广等优点,受到人们广泛关注。SOFC主要由致密电解质与多孔阴阳极组成,其中阴阳极的工作环境以及工作任务不同,通常选用不同材料。如果将一种材料同时作为SOFC阴阳极,即构建对称固体氧化物燃料电池（SSOFC）,将带来巨大优势。与传统SOFC相比,SSOFC可以简化制备工艺,降低生产成本,同时减少需要考虑的界面匹配问题。更重要的是,这种构型可以通过反转两极气体的方式氧化阳极积碳,并恢复因此导致的性能衰减。但想要找到一类既能在氧化与还原气氛中保持结构稳定,又具有良好催化活性的材料十分困难,目前仅有少数材料满足要求。锰基A位层状钙钛矿材料LnBaMn205+δ作为一类潜在的SSOFC电极材料备受关注。本论文以该材料为基体,通过第一性原理计算,从材料电导和催化角度考虑,筛选了A位镧系元素;进而通过B位不同种类元素的掺杂,控制材料的化学膨胀和催化活性,综合改善电极的电化学性能。首先对LnBaM2O5+δ（Ln=La,Pr,Nd,Sm,Gd,Y）进行第一性原理计算,研究不同镧系元素对材料晶胞参数、结合能及电子结构的影响,将材料的电子结构特征与材料的电导性质及催化活性相关联,为A位镧系元素的选择提供理论依据。Ln=Sm,Gd这两类材料热力学稳定性最好,Ln=Pr,Nd,Sm这三类材料的电学和催化活性具有潜在优势。综合考虑,选择Sm作为A位元素。研究了 SmBaMn2O5+δ在不同气氛及温度下的结构演变特性及氧含量变化,表征了材料在不同气氛中的电导率及材料对氢气与空气的催化活性,并研究了对称全电池在不同温度下的输出功率特性。研究结果表明,SmBaMn2O5+δ在较宽氧分压下保持层状钙钛矿结构,在氧化和还原气氛下均具有较高电导率,合适的热膨胀系数以及良好的催化活性,在900℃氢气与空气中的极化阻抗分别为0.314,0.066 Ω cm2。以 SmBaMn2O5+δ为对称电极的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ（LSGM）电解质（～300μm）支撑 SSOFC 在 900℃时的最大功率密度达到565 mW cm-2,阳极浸渍15 wt%Co-Fe合金作为催化剂后可达 782 mW cm-2。为减小材料化学膨胀,选择金属氧键强较强的Mg/Ti取代部分Mn,通过减小非化学计量氧含量变化,显着降低材料化学膨胀,有效改善材料氧化还原结构稳定性,增强电极与电解质膨胀匹配性。还原态与氧化态SmBaMn1.9Mg0.1O5+δ的质量差比SmBaMn2O5+δ小28%,还原/氧化过程的化学膨胀比SmBaMn2O5+δ分别小21%与39%。SmBaMn1.9Ti0.1O5+δ对称电池经历数次氧化还原循环时,因气氛变化导致的欧姆阻抗增长量较小。Mg,Ti掺杂并未严重恶化其催化活性,以Mg掺杂、Ti掺杂材料为对称电极组装的LSGM电解质（～300 μm）支撑SSOFC在900℃时的最大功率密度分别为596,603 mW cm-2,同时表现出可观的短期稳定性及抗热循环性能。为进一步改进对称电极材料的催化活性,构建了 A位缺位、B位掺杂Co的（SmBa）0.9Mn1.8Co0.2O5+δ,材料在还原气氛中原位析出金属Co纳米颗粒,氧化后转变为纳米Co3O4。该材料展现出优异的氧表面交换能力与杰出的催化活性,在900℃氢气与空气中的极化阻抗分别为0.214,0.039Ωcm2。阴阳极电极反应机理的系统研究表明,氢解离过程与电荷转移过程分别为阳极、阴极反应的主要限速步骤,阳极Co的存在主要促进了氢的解离过程,阴极Co3O4的存在同时促进了氧的电荷转移过程及氧气吸附解离过程。以（SmBa）0.9Mn1.8C00.2O5+δ为对称电极组装的LSGM电解质（～300 μm）支撑SSOFC在900℃时的最大功率密度可以达到712 mWcm-2,输出功率特性相比于其他材料体系更为优越,表明该材料是一种非常具有发展前途的SSOFC电极材料。
孙嘉苓[4]（2021）在《中温固体氧化物燃料电池LnBaCo2O5+δ阴极及质子导体电解质材料的制备与性能研究》文中研究指明传统固体氧化物燃料电池（SOFC）工作温度多在800-1000℃,高温不仅造成使用成本较高,而且制备难度较大。所以,在保持电池性能不变的情况下,降低操作温度是SOFC研究的主要方向之一。本文针对中温（IT）500-800℃区间高反应活性的阴极和电解质材料进行研究,同时对中温固体氧化物燃料电池综合性能的进一步提升及应用进行了细致研究。文中侧重研究了中温条件下,具有高实用性、高稳定性、较高电导率以及氧还原活性的双钙钛矿阴极材料,并探索了阴极材料的氧还原反应过程。还细致研究了Pr、Gd双掺杂BaCeO3基电解质材料Ba Ce1-2xPrxGdxO3（BCPG）的性能,通过实验对比分析了掺杂对物相结构、离子电导率的影响规律,并对其电池功率密度等进行分析。共获得以下创新性成果:1、在NdBa1-xCo2O5+δ(NB1-xCO)阴极材料中引入A位Ba离子空位,可增大氧空位浓度,进而提髙其电化学性能。实验结果表明NB1-xCO中各金属离子的氧化态为Nd3+、Ba2+、Co4+/Co3+,Co4+/Co3+同时存在将对电极的电化学反应起重要作用。在所研究的温度范围内,NB0.96CO表现出了最小的界面极化电阻。NB0.96CO阴极的高频端和低频端面电导率都高于NB1.0CO阴极材料。说明Ba离子缺位的引入促进了氧的还原反应的发生。通过测试对其电化学反应过程进行分析,结果表明电极上的氧还原反应由氧原子得电子生成氧离子的高频过程和氧离子结合氧空位生成晶格氧的低频过程组成,低频过程为限速步骤。2、NdBaCo2-xCuxO5+δ(NBC2-xCxO)样品中随着Cu含量的增加,氧含量逐渐减小,氧空位浓度增加。另外,加入一定量的Cu使材料热膨胀系数降低,提高电解质与阴极之间的热匹配性,具有重要意义。Cu的掺入明显降低阴极的极化电阻,并且随着Cu掺杂量的增加,极化电阻（RP）先减少后增大,当Cu的含量为0.1时RP值最小。通过测试对其电化学反应过程进行分析,结果表明NBC1.9C0.1O电极上的反应包含氧离子在三相界面处与氧空位结合成晶格氧过程,吸附氧原子得电子生成吸附氧离子过程,氧的解离吸附和扩散过程。与纯的NBCO阴极相比,各个步骤的反应速率加快。随着Cu掺杂量的增加,电解质支撑的单电池NBC2-xCxO/SDC/Ni0.9Cu0.1-SDC的功率先增加后减小,当掺杂量x=0.1时电化学性能最优。800℃时NBC1.9C0.1O单电池的最大功率密度为468.74 m W/cm2。加入高离子导电性的SDC制成复合阴极,提高热稳定性,增加三相界面长度,降低界面极化电阻。复合量x=30wt.%时,极化电阻最小。800℃时单电池的最大功率密度为568.17 m W/cm2。说明复合阴极电化学性能优于单相阴极材料。3、发现适量掺入稀土氧化物可提高BaCeO3基电解质材料的稳定性。实验结果表明,1400℃煅烧10h的Ba Ce1-2xPrxGdxO3-δ电解质基底平滑,结晶度很高。Pr、Gd等比例双掺杂样品都可形成纯相钙钛矿结构。Pr,Gd掺杂的BCPG样品的电导率高于纯BaCeO3样品的电导率。当Pr,Gd的掺杂量为10mol%时,Ba Ce Pr0.05Gd0.05O3-δ固体电解质的离子电导率最高。随着Pr,Gd掺杂量的进一步增加,电导率反而下降。当掺杂量2x=0.10时,样品的电导活化能最低。选用电导率最高的Ba Ce0.9Pr0.05Gd0.05O3-δ（BCPG0.10）为电解质制备了电解质支撑单电池,得到了较高的开路电压和较高的输出功率,其单电池的开路电压约等于1.1V。650℃下,电池的最大功率密度为105m Wcm-2,约为纯的BaCeO3的15倍。说明Pr,Gd双掺杂明显改善了BaCeO3基电解质的电学性能。4、研究还发现利用三相混合方法,可有效降低阴极的欧姆极化,增大反应活性区。实验结果表明,PBCO-BCS-SDC复合物经950℃烧结2h后,均保持各自的结构,没有杂相生成。0.7BCS-0.3SDC的比例掺入到PBC中,颗粒大小均匀,颗粒间接触良好,且呈现疏松多孔的微观结构。半电池的阻抗谱结果显示,当0.7BCS-0.3SDC加入到PBC阴极中,界面极化电阻最低。在600和700℃测试温度下,其极化电阻分别为0.4766和0.0991Ωcm2,而同样测试温度下,PBC-BCS的极化电阻为2.2169和0.7006Ωcm2。在PBC-BCS-SDC样品中BCS:SDC含量比为7:3条件下,阴极输出功率密度最高。
吕秀清[5]（2021）在《以甲烷为燃料的中温固体氧化物燃料电池关键材料研究》文中认为固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种直接将燃料的化学能转变为电能的能量转换装置。与传统发电装置相比,SOFC具有污染小、能量效率高、燃料适应面广等优点。传统的SOFC以镍基为阳极,以氢气为燃料时具有很好的性能,但是氢气的储运仍然面临巨大的挑战。直接以碳氢化合物为燃料的SOFC具有很多优势,然而,Ni基阳极在使用碳氢燃料时会产生积碳行为,导致电池性能降低,稳定性变差。因此,提高Ni基阳极的抗积碳性能是使用碳氢燃料面临的重要挑战。传统的SOFC操作温度在850°C以上,高温操作导致电池运行成本高、密封困难、电池稳定性差。因此,降低操作温度是SOFC发展的主要趋势。然而,降低操作温度,阴极极化阻抗增加,电化学反应速率变慢,限制了SOFC的实际应用。因此,开发高性能阴极材料是降低SOFC操作温度的关键。另一方面,当采用传统氧离子导体为电解质时,降低温度使氧离子活化和传输能力下降,导致电池欧姆电阻急剧增大,因此,氧离子导体SOFC(O2--SOFC)难以突破其固有的性能极限。相比氧离子导体电解质,质子导体电解质在中温具有较高的电导率且质子传输需要的活化能低,质子导体固体氧化物燃料电池（H+-SOFC）工作时,水在阴极一侧生成,避免了对燃料的稀释,即质子导体电解质更符合SOFC低温化运行的需求。因此,开发合适的阴极材料用于H+-SOFC具有重要意义。另外,当使用碳氢燃料时,要求阴极具有较强的抗CO2和H2O的能力。本论文针对O2--SOFC操作温度过高、使用CH4为燃料时Ni基阳极积碳以及阴极性能低所带来的系列问题,对基于H+-SOFC的关键电极材料进行了研究。首先,采用质子传导性较高的BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ（BZCYYb）为电解质,将电池工作温度降低至700-500°C。其次,开发了两种结构稳定、抗CO2-H2O能力较强的SrCoO3-δ基阴极材料。最后,将一种对CH4部分氧化和重整具有较高催化活性的Ni-Fe合金复合物催化剂负载在Ni-YSZ表面,抑制了阳极积碳的产生,增加了电池的性能和稳定性。通过上述研究,有望实现采用碳氢化合物为燃料时电池的中温化操作。具体内容如下:1.B位掺杂SrCoO3-δ基阴极材料的研究SrCoO3-δ对氧还原反应具有良好的催化活性,但SrCoO3-δ结构不稳定、且易和CO2发生反应,因此,SrCoO3-δ不能直接用于SOFC的阴极材料。对钙钛矿型化合物进行合理的B位掺杂可以提高其氧还原活性、结构稳定性和抗CO2能力。本论文对SrCoO3-δ进行B位掺杂获得了结构稳定的高活性SrCoO3-δ基阴极材料。（1）对SrCoO3-δB位进行了20 mol%Fe掺杂,制备了立方钙钛型化合物SrCo0.8Fe0.2O3-δ（SCF）,Fe掺杂大幅度提高了材料的电导率,但SCF结构稳定性不足,与电解质BZCYYb发生相反应生成Sr Zr O3-δ。在阴极SCF中加入电解质材料BZCYYb增加了阴极和电解质的热膨胀匹配性。对SCF进行了抗H2O和CO2研究表明,SCF在H2O和CO2氛围下稳定性较差,易和CO2反应,生成Sr CO3。以SCF-BZCYYb复合物为阴极材料制备了阳极支撑型电池NiO-BZCYYb|BZCYYb|SCF-BZCYYb,在700°C下,电池的最大功率密度（PPD）为719 m W cm-2,表明SCF具有较好的氧还原活性。但SCF结构不稳定,抗CO2中毒能力较差导致电池耐久性较差。（2）基于SCF结构不稳定,对SCF进行了5 mol%Zr掺杂,获得了立方结构的SrCo0.8Fe0.15Zr0.05O3-δ（SCFZ）。SCFZ和BZCYYb电解质兼容性良好,1000°C下煅烧10 h后没有新相产生。SCFZ的电导率低于SCF的电导率,但在电池工作温度范围内SCF和SCFZ电导率相差不大,在700-500°C,SCFZ电导率为202-345 S cm-1。由于Zr4+的半径大于Fe3+的半径,SCF掺杂Zr后晶胞变大,使得SCFZ的平均TEC值大于SCF的平均TEC值。系统研究了SCFZ的抗CO2能力,SCFZ可以在H2O和CO2氛围下稳定存在。CO2-TPD实验进一步证明SCFZ具有较强的抗CO2中毒能力。700°C时,对称电池SCFZ|BZCYYb|SCFZ的界面阻抗仅为0.07Ωcm2,该值较小说明SCFZ具有良好的氧还原活性。为了考查SCFZ在实际工作时的抗CO2性,对称电池工作时,在空气中添加了10 vol%CO2做为阴极气氛。在CO2空气气氛中,SCFZ性能退降低于SCF和高活性阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）。阳极支撑型电池NiO-BZCYYb|BZCYYb|SCFZ-BZCYYb在700°C的PPD为712 m W cm-2,该PPD与电池NiO-BZCYYb|BZCYYb|SCF-BZCYYb的PPD值几乎相同,说明Zr掺杂对电池性能影响不大。阳极支撑型电池运行300 h后电压没有明显降低。说明5 mol%Zr掺杂大幅度提高SCF的结构稳定性和抗CO2能力。（3）对SrCoO3-δ进行Fe、Zr和Y共掺杂制备了立方结构的SCFZY。SCFZY和电解质BZCYYb在1000°C下煅烧10 h后没有新相生成,二者兼容性良好。SCFZY电导率较低,但高于母体SrCoO3-δ的电导率。SCFZY的平均TEC值为24.89×10-6K-1。在SOFC工作温度范围,SCFZY可以在3%H2O-5%CO2-O2气氛下稳定存在。CO2-TPD实验进一步说明SCFZY有较强的抗CO2能力。对称电池SCFZY|BZCYYb|SCFZY具有较小的界面阻抗,说明SCFZY具有较好的氧还原活性。对称电池工作时,在低浓度CO2气氛下,与BSCF和SCFZ相比,以SCFZY为阴极的电池性能退降最慢,实验结果与CO2-TPD实验结果相一致。电池NiO-BZCYYb|BZCYYb|SCFZY-BZCYYb在700°C的PPD为679 m W cm-2,在恒电流密度下,电池运行500 h后电压仍能保持平稳。表明SCFZY结构稳定、抗CO2能力较强,可以作为H+-SOFC的阴极材料。2.抗积碳复合阳极材料研究采用溶胶-凝胶法制备了La0.7Sr0.3Fe0.8Ni0.2O3-δ（LSFN）钙钛矿,将LSFN负载在Ni-YSZ阳极表面,在SOFC原位还原得到含有Fe0.64Ni0.36合金的复合物催化剂。考查了催化剂对甲烷部分氧化反应的催化活性,结果表明,催化剂对甲烷部分氧化反应具有较高的催化活性。采用湿氢气和模拟低浓度煤层气为燃料,测定了负载催化剂后电池的输出功率。负载催化剂加速了电化学过程,促进了气体扩散,提高了电池的性能。采用两种燃料,测定了负载催化剂后电池的稳定性,催化剂将甲烷催化转化为合成气,抑制了阳极积碳,电池稳定性大幅度提高。该研究为Ni基阳极抗积碳提供了一种有效的方法。该工作为基于甲烷燃料的中温固体氧化物燃料电池发电应用提供了理论依据和材料设计的借鉴。
王强[6]（2021）在《SOFC阳极侧微尺度界面优化及性能研究》文中提出固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）是新能源领域具有相当应用前景的发电技术,实际运行中电功率密度偏低。本文主要通过探索新的电池制作工艺和材料制备方法来制备更高功率密度的SOFC,从界面优化和阳极微观改性两个微尺度来提升电池的电化学性能。实验采用了3D复刻法和压印法两种工艺制备具有非平整电极-电解质界面的燃料电池。结果发现:3D复刻法对打印设备要求苛刻,制备的电解质基片具有较大的热应力;压印法流程简单,借助孔网、以阶段式加压的工艺,成功制备得到微观表面形态平整、网格密度不同的YSZ电解质基片。电解质基片经涂覆Ni O-YSZ阳极和LSM-YSZ阴极,成功得到具有20目、30目、40目网格界面的单电池。电化学测试结果表明网格界面单电池性能随网格密度增大而增加,40目网格单电池的最大功率密度相比平整单电池在900℃、800℃下提升幅度约40%,尤其是甲烷燃料性能随网格增加更明显。对单电池阳极-电解质界面及阳极表面微观形貌分析,发现高密度网格单电池增加了阳极和电解质的接触面,同时电解质厚度减薄的面积也增大了,阳极印痕处表面呈现分布均匀的孔洞结构。这些微观微米级结构的变化增加了电化学的三相界面密度,减小了电解质的欧姆极化和阳极的浓差极化,提升了电池的电化学性能。微米级微观尺度的界面优化可以提高电池的输出性能。采用机械混合法、GNP法和模板浸渍法制备Ni基和Ni-Fe双金属阳极,并分析材料物相、相貌。发现GNP法制备了纳米级团簇的催化剂颗粒,硬模板法制备了高纯度的萤石结构YSZ丝状纤维,浸渍硝酸盐溶液、煅烧还原得到了纳米催化颗粒均匀附着在电解质骨架的复合阳极。各阳极与40目网格电解质制备的阳极半电池经孔隙分析发现,机械法制备的阳极材料具有有限的孔隙率和比表面积,结合GNP法制备的阳极粒径减小,其比表面积得以增加,硬模板法中YSZ复刻了活性炭纤维毡结构中的高比表面积,其浸渍得到的阳极具有高孔隙、高比表的特点。电化学性能测试发现Ni0.75Fe0.25Ox包覆YSZ阳极在900℃下H2、CH4的最大功率密度分别为359 m W/cm2和389 m W/cm2,在800℃下分别为263 m W/cm2和163 m W/cm2;与传统Ni O-YSZ阳极相比,同温度下H2发电性能超过73%、CH4超过68%;该阳极微观形貌质量较高,催化剂联结成多微孔网状结构,提供了更多的反应位点,增大了反应的三相界面。充分表明,硬模板法结合浸渍法可以制备高性能纳米级SOFC阳极。
魏育航[7]（2021）在《中低温固体氧化物燃料电池阳极功能层及电解质薄膜制备》文中进行了进一步梳理固体氧化物燃料电池（SOFCs）在能源领域中具有广阔的发展前景。SOFCs作为发电装置,其采用全固态结构,可以将各种清洁能源直接转化为电能。由于SOFCs在实际工作过程中需要高的工作温度,一般在1000℃以上,要求固体氧化物燃料电池需要具备较高的热力学稳定性和化学稳定性,所以SOFCs的制造成本居高不下,不利于进一步的商业化发展。目前,固体氧化物燃料电池正朝着中低温化方向发展。La10Si5.8Mg0.2O26.8作为新型电解质材料,在较低的温度下具有高的离子电导率,所以本论文采用La10Si5.8Mg0.2O26.8作为电解质材料,通过磁控溅射制备薄而致密的固体电解质。固体氧化物燃料电池的阳极为多孔阳极,其孔隙率为30%-40%,气孔尺寸大于1μm。然而,在微米级的多孔阳极基体上不能制备出几微米厚度的致密电解质薄膜。因为当薄膜厚度小于或等于基体孔径尺寸时,薄膜无法完全覆盖基体表面的孔洞而形成致密薄膜。为了制备几微米厚度的致密电解质薄膜,必须在微米多孔阳极基体和电解质薄膜之间添加一个功能层,即阳极功能层,并要求这个功能层的大孔孔径在亚微米范围且表面平整。本论文采用溶胶-凝胶法以硝酸镧、硝酸镁、正硅酸乙酯、柠檬酸、乙二醇等为原料制备La10Si5.8Mg0.2O26.8粉体,通过旋转蒸发法制备功能层浆料,然后在阳极基片表面,通过丝网印刷制备阳极功能层。本论文为了探究功能层中有机物对阳极功能层的影响,分析了松油醇和乙基纤维素随温度的变化规律,并以此为根据,优化了阳极功能层的热处理工艺。研究了不同的浆料制备工艺、乙基纤维素含量、旋转蒸发时间对阳极功能层的影响。采用SEM对还原前后的阳极功能层表面形貌、截面形貌及厚度进行表征,采用XRD对还原前后的物相进行分析,采用图像法对阳极功能层的孔隙率进行了测量,采用万用表测量了阳极功能层的电阻。实验结果表明,乙基纤维素含量为12.5%时,采用超声分散制备功能层浆料的悬浊液,然后通过旋转蒸发仪旋转蒸发30min制备功能层浆料,通过丝网印刷法将浆料刷制在阳极基片上,完成阳极功能层的制备,最后通过阶梯式等温处理后,获得表面平整、无裂纹且最大孔径小于1μm、厚度为13.5μm阳极功能层,功能层还原前后的孔隙率分别为13.31%、19.8%,测得的电阻值为2.4Ω。为了制备致密的电解质薄膜,本论文采用磁控溅射法,以阳极功能层为基底,连续溅射24h,制备电解质薄膜。通过SEM、XRD对电解质薄膜的形貌和物相进行了表征。实验结果表明,溅射后的电解质薄膜在退火后,电解质薄膜表面平整且基本致密,但是存在0.23μm左右的小孔,电解质薄膜中只包含磷灰石相不含其他杂相。
常希望[8]（2021）在《固体氧化物燃料电池关键材料规律研究及优化设计》文中认为固体氧化物燃料电池（SOFC）具有全固态结构、可使用碳氢燃料、综合转化效率高等优势,在众多新能源设备中得到了特别的关注,已部分应用于分布式电站中。然而,较高的工作温度带来了一些问题,如设备老化较快,密封困难等,碳氢燃料的使用,引起了阳极碳沉积、硫中毒等问题,此外还有阴极CO2中毒等问题。SOFC已经进入实用化阶段,不仅需要对单一材料进行优化,而且需要阳极,阴极和电解质各部件之间配合,这就是燃料电池的整体优化设计的问题。本文针对三大类关键材料的综合性质与成份规律进行了系统的研究。根据大数据统计结果显示,金属氧化物是目前最受关注的阳极金属催化剂相关材料体系,通过第一性原理计算,研究了多种金属元素在高温、强还原性气氛等阳极工作条件下的状态及其与关键性能的关系,并通过实验数据分析,确定了以NiO-CoO为中心优化区域,通过理论计算,分析了其形成的本质原因应该是能隙及体模量都处于适中偏低的范围;SrBO3系列钙钛矿结构材料可作为阴、阳极材料,也很引人注目,B位元素对结构稳定性的影响值得研究,通过量子力学总能量比较,以及结合实验大数据分析,确定了B位元素成份中以Mo-Fe-Co为中心的三类优化区域,理论计算结果也揭示出典型体系的电学性能差异是这一区域形成的内在原因,即氧空位形成能及离子迁移能较低,以及具有较小的能隙等;再者,以电解质材料为研究对象,对结构不同的电解质材料“基因”规律进行了研究,采用大数据分析了禁带宽度与稳定性的关系,利用理论计算分析了电子结构与离子迁移能力的关系,以这两种关系为基础,得到了 CeO2,ZrO2及镓酸镧等五种不同结构、不同成份的体系之间稳定性及关键性能的相对趋势,并对其内在原因进行了探讨。此外,还对LaSrCoO4及PrBaMn2O5两类性能表现良好的阴极材料的氧离子传输机理进行了研究,分析了不同结构对离子迁移性能的影响。通过以上对不同材料由不同研究模式所得的材料规律初步探索,我们总结得出:SOFC各材料的稳定性与功率相互制约,整体优化的基本模式是围绕着材料稳定性与综合性能的关系进行研究,所得到的三个材料规律是SOFC目前丰富的材料研究经验中精华的反映,也是燃料电池整体优化设计的理论依据,利用这些规律,本文讨论了燃料电池整体优化的基本原则,为SOFC关键材料的研究提供了较为现实的新的理论思路。
阳大楠[9]（2021）在《基于多物理场耦合模型的固体氧化物燃料电池优化控制研究》文中认为固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）是一种在中高温条件下将碳氢化合物中的化学能转化为电能的发电装置,具有能量转化效率高、燃料范围广、低排低噪等优点,在分布式发电、热电联产等领域具有重要的发展潜力和应用前景。优化电池结构和运行条件以提高电池性能,进行温度安全管理以保证系统安全稳定运行是目前研究的热点。然而,燃料电池实验成本高、周期较长、可测参数少,难以通过实验全面分析内部多种物理化学过程相互耦合机制和运行机理。因此,本论文结合低成本、高效的模拟计算方法分析电池内部机理,优化电池性能,并进行温度安全管理研究。主要研究内容如下:首先,建立了SOFC电-流-热-机械多物理场耦合模型。基于电化学、流体力学、热力学和固体力学等基本原理,考虑电化学活性面积和反应区域的电极微观结构的关系,结合实际电池参数（结构尺寸、材料参数、操作参数等）,利用数值模拟软件COMSOL搭建了平板式阳极支撑SOFC的三维模型,在网格独立性验证的基础上,采用同尺寸电池的电压和功率实验数据对所搭建的模型进行电压-电流密度和功率密度-电流密度曲线验证。然后,针对SOFC的发电性能和结构稳定性进行了输出功率密度和最大第一主应力的稳态多目标优化,在提高燃料电池输出功率密度的同时减小易造成电池结构破坏的热应力。通过分析操作参数或者结构参数对输出功率和第一主应力最大值的影响,确定两者作为优化目标函数;选用Sobol’参数全局敏感度分析方法进行敏感度分析,确定敏感度参数。将SOFC多物理场模拟（Multi-physics Simulink,MPS）和人工神经网络（Artificial Neural Network,ANN）算法相结合,得到输出功率密度和最大第一主应力与参数的数学映射关系。采用快速非支配排序（Nondominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA-II）多目标优化算法,以最大化输出功率密度和最小化第一主应力最大值为优化目标,得到最优Pareto解集,并通过理想评价法选取最优决策点,将对应的最优参数输入到多物理场模型,利用得到MPS模型的输出值对所提出的优化策略结果进行对比,验证优化模型的有效性;分析最优点下的温度分布,从而为下一步的温度控制提供最优参考轨迹。最后,针对固体氧化物燃料电池的温度控制问题,基于时空模型降阶构建温度分布模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）策略。通过K-L分解（KarhunenLoeve）和最小二乘支持向量机（Least Squares Support Vector Machine,LS-SVM）算法相结合,得到SOFC温度分布的降阶模型,并以时空模型作为MPC的预测模型;制定优化指标函数和约束条件以实现期望温度分布控制。在瞬态运行条件下,通过搭建COMSOL和MATLAB联合仿真平台,通过上述得到的最优点下的温度分布作为参考温度,对所提出的温度控制方案进行验证,实现对参考温度分布的跟踪控制。
靳方圆[10]（2021）在《船用固体氧化物燃料电池系统容错控制仿真研究》文中认为为了响应国家政策缓解能源压力以及减少船舶污染物排放等问题,亟需开发以清洁可再生能源作为船舶动力装置,固体氧化物燃料电池（Soild Oxide Fuel Cell,SOFC）是一种能够直接将化学能转化为电能的直流发电装置,由于其高效、环境友好、无噪声等特点是降低船舶污染排放的很有前景的绿色能源装置之一。本文基于模拟故障状态下的SOFC系统对其进行容错控制仿真研究。主要内容如下:1、本文采用模块化的建模方法在Matlab/Simulink平台搭建出一个独立的SOFC发电系统的动力学模型,该发电系统主要包括:SOFC电堆模块、压缩机模块、空气预热模块、燃料预重整器模块和后燃烧室模块等。在此基础上对所搭建的动力学模型进行了外部干扰电流阶跃变化时电堆输出电压和温度的动态响应仿真,仿真结果表明本文所搭建的模型可以很好的反应系统的输出特性,说明了所搭建模型的有效性。2、为了研究燃料流量、空气流量和电堆温度对SOFC电堆稳态的电特性的影响,提出了一种基于改进的支持向量机算法对SOFC电堆的电压/电流曲线进行辨识,仿真结果表明该算法得到的电特性曲线均方误差较小,说明了所提出算法可以很好的识别在不同氢气流速下SOFC的电压/电流特性曲线。3、燃料利用率作为SOFC重要的控制变量之一,当负载发生变化时燃料利用率就会发生变化而无法保持恒定,因此这里设计一个初级燃料利用率控制器,以保障负载变化时燃料利用率仍保持稳定。在恒燃料利用率的基础上提出一种基于改进的宽度学习系统识别SOFC的动态特性,通过该算法得到动态SOFC系统的预测模型,该预测模型精度高且计算量小。实验结果表明了该算法的准确性和有效性,并将其做为后续模型预测控制器的预测模型。4、通过添加故障因子来模拟阴极管道泄漏和电堆极化损耗增加故障。针对SOFC动态系统正常和故障两种工作状态,提出一种容错控制方法。该方法包括:预测控制模块、故障诊断模块和决策模块。预测控制模块是一种基于预测模型的控制策略,这里采用基于改进的宽度学习网络作为预测模型并且根据不同的故障类型设计不同的预测控制器;故障诊断模块采用基于模型的残差故障诊断方法,通过故障诊断模块判断系统所处的故障类型;决策模块则是需要根据故障诊断结果选择合适的控制策略和预测模型来实现对目标对象的负载跟踪控制。仿真结果表明,对于系统正常和故障两种不同的工作状态,本文设计的容错控制策略都可以通过调节输入燃料流速来实现对输出电压的跟踪控制。
二、固体氧化物燃料电池（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、固体氧化物燃料电池（论文提纲范文）
（1）固体氧化物燃料电池发电系统动态模拟教学实验平台建设（论文提纲范文）
| 0 引 言 |
| 1 固体氧化物燃料电池发电系统动态模拟实验设计 |
| 2 固体氧化物燃料电池发电系统动态模拟实验 |
| 2.1 实验步骤 |
| 2.2 实验结果 |
| 2.3 实验拓展及预期效果 |
| 3 结 语 |
（2）可逆固体氧化物燃料电池-储能系统概念设计与应用场景识别（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 储能系统 |
| 1.2.1 储能系统介绍 |
| 1.2.2 物理储能 |
| 1.2.3 电化学储能 |
| 1.2.4 电磁储能 |
| 1.2.5 基于氢气及其衍生物的化学储能 |
| 1.3 SOFC与储能技术 |
| 1.3.1 SOFC原理及发展 |
| 1.3.2 SOFC应用研究 |
| 1.3.3 应用研究中的主要问题 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第2章 RSOC电厂概念设计与应用场景识别方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 RSOC电厂概念设计与应用序贯优化方法 |
| 2.2.1 基于固体氧化物电解槽的电制气系统概念设计方法 |
| 2.2.2 机组组合问题 |
| 2.3 储能系统容量鲁棒优化 |
| 2.3.1 不确定参数量化方法 |
| 2.3.2 敏感性分析方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 RSOC电厂就地储能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双模式RSOC电厂概念与系统边界 |
| 3.3 RSOC电厂概念设计与应用序贯优化方法 |
| 3.4 RSOC电厂概念设计方法 |
| 3.4.1 约束条件 |
| 3.4.2 目标函数 |
| 3.4.3 模型及决策变量 |
| 3.4.4 RSOC电厂设计库 |
| 3.5 机组组合 |
| 3.5.1 目标函数 |
| 3.5.2 约束条件 |
| 3.6 案例分析 |
| 3.6.1 案例介绍 |
| 3.6.2 经济性评估中的参数假设 |
| 3.6.3 RSOC电厂设计预选 |
| 3.6.4 案例优化结果 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 RSOC电厂调峰 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 三模式调峰电厂概念与系统边界 |
| 4.2.1 三模式调峰电厂概念 |
| 4.2.2 系统边界 |
| 4.2.3 技术选择 |
| 4.3 三模式电厂设计与应用序贯优化方法 |
| 4.4 三模式电厂概念设计方法 |
| 4.4.1 约束条件和主要性能指标 |
| 4.4.2 模型假设 |
| 4.4.3 目标函数与决策变量 |
| 4.4.4 三模式电厂设计库 |
| 4.5 机组组合 |
| 4.5.1 目标函数 |
| 4.5.2 约束条件 |
| 4.6 案例分析 |
| 4.6.1 案例介绍 |
| 4.6.2 电网调峰需求 |
| 4.6.3 生物质资源评估 |
| 4.6.4 三模式电厂设计预选 |
| 4.6.5 模型假设 |
| 4.6.6 优化结果 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 储能系统配置鲁棒优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 就地储能系统配置优化模型 |
| 5.3 不确定参数量化 |
| 5.3.1 风电出力与预测误差不确定性量化 |
| 5.3.2 不确定参数区间 |
| 5.4 就地储能系统容量鲁棒优化模型 |
| 5.5 案例分析 |
| 5.5.1 案例介绍 |
| 5.5.2 RSOC就地储能系统 |
| 5.5.3 燃料电池-电解槽就地储能系统 |
| 5.5.4 锂电池就地储能 |
| 5.5.5 三种就地储能技术对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 主要研究成果 |
| 6.2 本文的主要创新点 |
| 6.3 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文及其他成果 |
| 攻读博士期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（3）对称固体氧化物燃料电池电极材料结构及性能研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 固体氧化物燃料电池简介 |
| 2.1.1 固体氧化物燃料电池工作原理 |
| 2.1.2 固体氧化物燃料电池结构类型 |
| 2.2 固体氧化物燃料电池关键材料 |
| 2.2.1 阳极材料 |
| 2.2.2 电解质材料 |
| 2.2.3 阴极材料 |
| 2.3 对称固体氧化物燃料电池及关键材料要求 |
| 2.4 对称固体氧化物燃料电池研究进展 |
| 2.4.1 基于SOFC连接体材料 |
| 2.4.2 基于SOFC阳极材料 |
| 2.4.3 基于SOFC阴极材料 |
| 2.5 本课题的研究意义和内容 |
| 3 试验方法 |
| 3.1 实验原料及仪器 |
| 3.2 材料制备 |
| 3.2.1 粉体合成 |
| 3.2.2 电池制备与组装 |
| 3.3 材料性能表征 |
| 3.3.1 结构表征 |
| 3.3.2 Rietveld精修 |
| 3.3.3 显微结构表征 |
| 3.3.4 X射线光电子谱测试 |
| 3.3.5 热重分析 |
| 3.3.6 致密度测试 |
| 3.3.7 电导率测试 |
| 3.3.8 材料氧表面交换系数测定 |
| 3.3.9 氧气程序升温脱附与氢气程序升温还原测试 |
| 3.3.10 热膨胀测试 |
| 3.3.11 氧空位浓度测定 |
| 3.3.12 电化学阻抗谱测试 |
| 3.3.13 阻抗弛豫时间分布解析 |
| 3.3.14 电池性能测试 |
| 3.4 第一性原理计算 |
| 4 LnBaMn_2O_(5+δ)材料基本物性的第一性原理计算 |
| 4.1 LnBaMn_2O_(5+δ)材料的晶体结构 |
| 4.2 LnBaMn_2O_(5+δ)材料的结合能 |
| 4.3 LnBaMn_2O_(5+δ)材料的电子结构 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 SmBaMn_2O_(5+δ)结构及性能的研究 |
| 5.1 SmBaMn_2O_(5+δ)材料晶体结构 |
| 5.2 SmBaMn_2O_(5+δ)材料稳定性与热膨胀系数 |
| 5.3 SmBaMn_2O_(5+δ)材料非化学计量比氧含量 |
| 5.4 SmBaMn_2O_(5+δ)材料电导率 |
| 5.5 SmBaMn_2O_(5+δ)材料催化活性 |
| 5.6 SmBaMn_2O_(5+δ)全电池性能 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 Mg掺杂对SmBaMn_(2-x)Mg_xO_(5+δ)材料化学膨胀及性能的影响 |
| 6.1 SmBaMn_(2-x)Mg_xO_(5+δ)材料晶体结构 |
| 6.2 SmBaMn_(1.9)Mg_(0.1)O_(5+δ)材料非化学计量比氧含量 |
| 6.3 Mg掺杂对材料热膨胀与化学膨胀的影响 |
| 6.4 SmBaMn_(1.9)Mg_(0.1)O_(5+δ)材料电导率 |
| 6.5 Mg掺杂材料的催化活性 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 Ti掺杂对SmBaMn_(2-x)Ti_xO_(5+δ)材料稳定性及性能的影响 |
| 7.1 SmBaMn_(2-x)Ti_xO_(5+δ)材料晶体结构 |
| 7.2 SmBaMn_(1.9)Ti_(0.1)O_(5+δ)材料非化学计量比氧含量 |
| 7.3 SmBaMn_(1.9)Ti_(0.1)O_(5+δ)材料电导率 |
| 7.4 SmBaMn_(1.9)Ti_(0.1)O_(5+δ)材料氧表面交换性能 |
| 7.5 SmBaMn_(1.9)Ti_(0.1)O_(5+δ)材料催化活性及电极反应动力学 |
| 7.6 Ti掺杂对材料抗氧化还原稳定性的影响 |
| 7.7 SmBaMn_(1.9)Ti_(0.1)O_(5+δ)全电池性能 |
| 7.8 本章小结 |
| 8 阴阳极表面纳米颗粒同时修饰电极材料电化学性能的研究 |
| 8.1 (SmBa)_(0.9)Mn_(1.8)Co_(0.2)O_(5+δ)晶体结构 |
| 8.2 (SmBa)_(0.9)Mn_(1.8)Co_(0.2)O_(5+δ)材料电导率 |
| 8.3 (SmBa)_(0.9)Mn_(1.8)Co_(0.2)O_(5+δ)材料氧表面交换及化学吸附性能 |
| 8.4 表面修饰材料的催化活性及电极反应动力学 |
| 8.5 (SmBa)_(0.9)Mn_(1.8)Co_(0.2)O_(5+δ)全电池性能 |
| 8.6 本章小结 |
| 9 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（4）中温固体氧化物燃料电池LnBaCo2O5+δ阴极及质子导体电解质材料的制备与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 燃料电池简介 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC)概述 |
| 1.3 中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的组件和性能研究 |
| 1.3.1 电解质材料 |
| 1.3.2 阳极材料 |
| 1.3.3 阴极材料 |
| 1.3.4 连接材料 |
| 1.4 本研究工作的目的和内容 |
| 第2章 样品的制备及研究方法 |
| 2.1 实验试剂和实验仪器 |
| 2.1.1 实验试剂 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 样品制备方法 |
| 2.2.1 甘氨酸—硝酸盐法 |
| 2.2.2 EDTA-柠檬酸联合络合法 |
| 2.3 测试手段和表征方法 |
| 2.3.1 物相结构测试 |
| 2.3.2 碘滴定化学法 |
| 2.3.3 X射线光电子能谱 |
| 2.3.4 扫描电子显微镜 |
| 2.3.5 热膨胀系数测试 |
| 2.3.6 电化学阻抗谱测试 |
| 2.3.7 单电池性能测试 |
| 第3章 NdBa_(1-x)Co_2O_(5+δ)阴极材料性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品的制备 |
| 3.2.1 电解质材料的制备 |
| 3.2.2 Ni_(1-x)Cu_x-SDC复合阳极的制备 |
| 3.2.3 阴极材料的制备 |
| 3.2.4 半电池的制作 |
| 3.2.5 单电池的制备 |
| 3.3 实验结果与分析 |
| 3.3.1 XRD测试 |
| 3.3.2 氧含量 |
| 3.3.3 XPS测试 |
| 3.3.4 SEM测试 |
| 3.3.5 TEC测试 |
| 3.3.6 电化学阻抗谱分析 |
| 3.3.7 阴极反应过程分析 |
| 3.3.8 NB_(1-x)CO阴极的单电池性能分析 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 NdBaCo_(2-x)Cu_xO_(5+δ)阴极材料性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品的制备 |
| 4.2.1 电解质材料的制备 |
| 4.2.2 阴极材料的制备 |
| 4.2.3 阳极材料的制备 |
| 4.2.4 半电池的制备 |
| 4.2.5 单电池的制作 |
| 4.3 实验结果和分析 |
| 4.3.1 X射线衍射研究 |
| 4.3.2 氧含量研究 |
| 4.3.3 XPS测试研究 |
| 4.3.4 SEM形貌研究 |
| 4.3.5 热膨胀分析研究 |
| 4.3.6 电化学阻抗谱分析研究 |
| 4.3.7 阴极反应过程研究 |
| 4.3.8 NBC_(2-x)C_xO阴极单电池性能研究 |
| 4.3.9 NBCO-x SDC复合阴极研究 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 Pr、Gd双掺杂BaCeO_3基质子导体电解质性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 样品的制备 |
| 5.2.1 粉体材料的制备 |
| 5.2.2 对称电池的制备 |
| 5.2.3 单电池的制备 |
| 5.3 实验结果及分析 |
| 5.3.1 物相结构研究 |
| 5.3.2 SEM和 EDS研究 |
| 5.3.3 离子电导率研究 |
| 5.3.4 电池功率密度分析 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 PrBaCo_2O_(5+δ)-Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(2-δ)-Ba Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(3-δ)复合阴极材料性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 样品的制备 |
| 6.2.1 粉体的制备 |
| 6.2.2 半电池的制备 |
| 6.2.3 单电池的制备 |
| 6.3 实验结果与分析 |
| 6.3.1 PrBaCo_2O_(5+δ)-Ba Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(3-δ)阴极性能研究 |
| 6.3.2 PrBaCo_2O_(5+δ)-BaCe_(0.85)Sm_(0.15)O_(3-δ)-Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(2-δ)阴极性能的分析 |
| 6.4 小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（5）以甲烷为燃料的中温固体氧化物燃料电池关键材料研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池简介 |
| 1.2.1 SOFC的优点 |
| 1.2.2 SOFC的工作原理 |
| 1.2.3 SOFC的极化现象 |
| 1.2.4 SOFC的结构 |
| 1.3 SOFC的阳极材料 |
| 1.3.1 Ni基金属陶瓷阳极 |
| 1.3.2 非Ni基金属陶瓷阳极 |
| 1.3.3 钙钛矿型阳极 |
| 1.4 SOFC的电解质材料 |
| 1.4.1 氧离子导体电解质 |
| 1.4.2 质子导体电解质 |
| 1.4.3 质子缺陷的形成和质子转移机制 |
| 1.4.4 质子导体电解质的优势 |
| 1.5 SOFC的阴极材料 |
| 1.5.1 电子导体阴极材料 |
| 1.5.2 离子电子混合导体阴极材料 |
| 1.6 本论文的研究内容和意义 |
| 第二章 实验方法及原理 |
| 2.1 实验药品与仪器 |
| 2.2 材料合成 |
| 2.2.1 阴极粉体合成 |
| 2.2.2 电解质粉体合成 |
| 2.3 单电池组装 |
| 2.3.1 阳极粉体制备 |
| 2.3.2 阴极浆料制备 |
| 2.3.3 单电池组装 |
| 2.4 对称电池组装 |
| 2.4.1 阴极浆料制备 |
| 2.4.2 对称电池组装 |
| 2.5 催化剂的制备与负载 |
| 2.5.1 催化剂粉体合成 |
| 2.5.2 催化剂在电池上的负载 |
| 2.6 表征与测试方法 |
| 2.6.1 X射线衍射(XRD) |
| 2.6.2 电导率测试 |
| 2.6.3 热膨胀系数(TEC)测试 |
| 2.6.4 二氧化碳程序升温脱附(CO_2-TPD) |
| 2.6.5 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.6.6 催化性能测试 |
| 2.6.7 电化学性能测试 |
| 第三章 Fe掺杂SrCoO_(3-δ)基阴极材料性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.2.1 物相结构与兼容性分析 |
| 3.2.2 电导率分析 |
| 3.2.3 热膨胀分析 |
| 3.2.4 CO_2气氛下的稳定性 |
| 3.2.5 电化学性能测试 |
| 3.2.6 电池稳定性测试 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 Fe和Zr掺杂SrCoO_(3-δ)基阴极材料性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.2.1 物相结构与兼容性分析 |
| 4.2.2 电导率分析 |
| 4.2.3 热膨胀分析 |
| 4.2.4 CO_2气氛下的稳定性 |
| 4.2.5 电化学阻抗分析 |
| 4.2.6 电化学性能测试 |
| 4.2.7 电池稳定性测试 |
| 4.2.8 电池SEM分析 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 Fe、Zr和Y掺杂SrCoO_(3-δ)基阴极材料性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 结果与讨论 |
| 5.2.1 物相结构与兼容性分析 |
| 5.2.2 电导率分析 |
| 5.2.3 热膨胀分析 |
| 5.2.4 CO_2气氛下的稳定性 |
| 5.2.5 电化学阻抗分析 |
| 5.2.6 电池电化学性能测试 |
| 5.2.7 电池稳定性测试 |
| 5.2.8 电池SEM分析 |
| 5.3 小结 |
| 第六章 原位析出Ni-Fe合金复合物催化剂在以甲烷为燃料的SOFC中的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 结果与讨论 |
| 6.2.1 负载催化剂层的电池结构 |
| 6.2.2 LSFN还原前后的XRD |
| 6.2.3 催化性能测试 |
| 6.2.4 电化学性能测试 |
| 6.2.5 电池稳定性测试 |
| 6.2.6 催化剂层与阳极表面分析 |
| 6.2.7 以CH_4-H_2O/空气为燃料的Ni-YSZ阳极上的碳沉积分析 |
| 6.3 小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 7.3 创新点 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（6）SOFC阳极侧微尺度界面优化及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 引言 |
| 1 绪论 |
| 1.1 燃料电池 |
| 1.1.1 燃料电池基础 |
| 1.1.2 燃料电池分类 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池 |
| 1.2.1 SOFC工作原理 |
| 1.2.2 SOFC电动势分析 |
| 1.2.3 结构类型及特点 |
| 1.3 SOFC关键材料 |
| 1.3.1 电解质 |
| 1.3.2 阴极 |
| 1.3.3 阳极 |
| 1.3.4 连接体及密封材料 |
| 1.4 研究现状 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 2 实验设备及分析方法 |
| 2.1 实验材料及仪器 |
| 2.2 材料表征及方法 |
| 2.2.1 X射线衍射 |
| 2.2.2 扫描电子显微镜 |
| 2.2.3 孔隙率与比表面积的测定 |
| 2.2.4 单电池I-V与I-P值测试 |
| 2.3 测试系统及方法 |
| 2.3.1 SOFC单电池反应结构 |
| 2.3.2 SOFC实验测试系统 |
| 2.3.3 SOFC实验测试系统的说明 |
| 3 界面优化SOFC的制备与性能研究 |
| 3.1 电解质基底制备 |
| 3.1.1 3D复刻 |
| 3.1.2 压印法 |
| 3.2 单电池制备 |
| 3.2.1 单电池阳极制备 |
| 3.2.2 单电池阴极制备 |
| 3.3 单电池性能测试与分析 |
| 3.3.1 阳极还原测试 |
| 3.3.2 各单电池测试 |
| 3.3.3 测试数据分析 |
| 3.4 单电池的表征与分析 |
| 3.4.1 单电池截面 |
| 3.4.2 阳极截面与表面 |
| 3.4.3 微观形貌综合分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 改性阳极材料的制备与性能研究 |
| 4.1 阳极制备方法 |
| 4.1.1 机械混合法 |
| 4.1.2 甘氨酸-硝酸盐法 |
| 4.1.3 硬模板法 |
| 4.1.4 浸渍法 |
| 4.2 阳极改性单电池的制备 |
| 4.2.1 Ni基阳极粉体的制备 |
| 4.2.2 Ni-Fe双金属复合阳极粉体的制备 |
| 4.3 阳极材料分析与讨论 |
| 4.3.1 阳极粉体XRD |
| 4.3.2 阳极材料微观形貌 |
| 4.4 单电池制备及测试、表征 |
| 4.4.1 单电池的制备 |
| 4.4.2 阳极孔隙 |
| 4.4.3 单电池性能测试 |
| 4.4.4 单电池阳极表面形貌 |
| 4.4.5 单电池截面微观形貌 |
| 4.4.6 综合分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（7）中低温固体氧化物燃料电池阳极功能层及电解质薄膜制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 固体氧化物燃料电池 |
| 1.1.1 SOFCs的工作原理 |
| 1.1.2 SOFCs的结构 |
| 1.1.3 SOFCs中低温化 |
| 1.2 中低温固体氧化物电解质 |
| 1.3 磷灰石型硅酸镧电解质的研究现状 |
| 1.4 阳极功能层研究现状 |
| 1.5 本论文研究内容及目的 |
| 2 实验方法 |
| 2.1 实验材料及设备 |
| 2.1.1 实验材料 |
| 2.1.2 实验设备 |
| 2.2 NiO/La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)阳极制备 |
| 2.2.1 溶胶-凝胶法制备磷灰石型硅酸镧粉体 |
| 2.2.2 阳极基片制备 |
| 2.3 丝网印刷法制备阳极功能层 |
| 2.3.1 丝网印刷原理 |
| 2.3.2 阳极功能层的制备 |
| 2.3.3 阳极功能层的还原 |
| 2.4 射频磁控溅射法制备电解质薄膜 |
| 2.4.1 磁控溅射原理 |
| 2.4.2 电解质薄膜的制备 |
| 2.5 表征方法 |
| 2.5.1 形貌分析 |
| 2.5.2 物相分析 |
| 2.5.3 热重与差热分析 |
| 2.5.4 红外吸收光谱分析 |
| 2.5.5 孔隙率 |
| 2.5.6 电阻 |
| 3 实验结果与分析 |
| 3.1 阳极 |
| 3.1.1 磷灰石型硅酸镧粉体的物相 |
| 3.1.2 阳极的表面形貌 |
| 3.2 手工研制浆料及阳极功能层的制备 |
| 3.2.1 热重和差热分析 |
| 3.2.2 红外吸收光谱分析 |
| 3.2.3 热处理工艺对阳极功能层表面形貌的影响 |
| 3.3 旋转蒸发法制备浆料及阳极功能层的制备 |
| 3.3.1 乙基纤维素含量 |
| 3.3.2 浆料混合方式 |
| 3.3.3 旋转蒸发时间 |
| 3.3.4 还原前后形貌 |
| 3.3.5 物相 |
| 3.3.6 电阻 |
| 3.3.7 孔隙率 |
| 3.4 电解质薄膜 |
| 3.4.1 SOFCs电解质薄膜表面形貌 |
| 3.4.2 SOFCs电解质薄膜物相 |
| 4 讨论 |
| 4.1 阳极功能层裂纹的产生机理 |
| 4.2 阳极功能层孔径的影响因素 |
| 4.3 电解质薄膜制备的影响因素 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）固体氧化物燃料电池关键材料规律研究及优化设计（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 固体氧化物燃料电池发展历史及研究进展 |
| 2.1.1 阴极材料研究进展 |
| 2.1.2 阳极材料研究进展 |
| 2.1.3 电解质材料研究进展 |
| 2.2 SOFC面临的优化设计问题 |
| 2.2.1 单一材料结构与性能的优化问题 |
| 2.2.2 关键材料各部分的配合问题 |
| 2.3 本课题的研究意义 |
| 3 研究方法 |
| 3.1 理论方法 |
| 3.1.1 量子力学计算 |
| 3.1.2 密度泛函理论 |
| 3.1.3 第一性原理方法 |
| 3.1.4 计算程序及功能 |
| 3.2 研究方法现状及存在问题 |
| 3.2.1 如何利用丰富的材料实验性能数据 |
| 3.2.2 SOFC材料的理论研究方法探讨 |
| 3.2.3 新思路——材料基因组方法 |
| 3.2.4 整体优化设计的思路 |
| 3.2.5 理论研究的最终目标 |
| 4 阳极催化金属材料成份的优化规律 |
| 4.1 金属催化剂成份优化的关键因素分析 |
| 4.2 金属-氧化物生成趋势分析 |
| 4.2.1 金属-氧化物生成趋势图分析 |
| 4.2.2 常见价态及熔点对趋势图的验证 |
| 4.2.3 高温及还原性气氛的修正 |
| 4.3 金属催化剂成份优化区域的确定 |
| 4.4 MO氧化物关键性能的演化规律 |
| 4.5 小结 |
| 5 SrBO_3系钙钛矿电极B位元素成份优化规律 |
| 5.1 B位成份优化的关键因素分析 |
| 5.2 SrBO_3体系结构稳定性趋势分析 |
| 5.2.1 立方/六方SrBO_3结构稳定性趋势图 |
| 5.2.2 实验参数对趋势图的验证 |
| 5.3 B位元素成份优化区域的确定 |
| 5.4 B位元素对电子结构、氧空位形成能及离子迁移能的影响 |
| 5.4.1 以Mo为代表的元素对体系的影响 |
| 5.4.2 以Fe为代表的元素对体系的影响 |
| 5.4.3 以Co为代表的元素对体系的影响 |
| 5.4.4 其它元素对体系的影响 |
| 5.5 结构稳定性与关键性能的演化规律 |
| 5.6 小结 |
| 6 电解质性能优化的基因规律 |
| 6.1 电解质材料性能优化的关键因素分析 |
| 6.2 各电解质材料电子结构、离子扩散特点分析 |
| 6.2.1 CeO_2及掺杂的CeO_2体系 |
| 6.2.2 ZrO_2及掺杂的ZrO_2体系 |
| 6.2.3 La_(10)Si_6O_(27)及掺杂的La_(10)Si_6O_(27)体系 |
| 6.2.4 LaGaO_3及掺杂的LaGaO_3体系 |
| 6.2.5 Bi_2O_3及掺杂的Bi_2O_3体系 |
| 6.3 禁带宽度与稳定性关系数据分析 |
| 6.4 价带宽度与迁移能的关系分析 |
| 6.4.1 不同结构及迁移机制的影响 |
| 6.4.2 掺杂元素的影响 |
| 6.5 稳定性及离子传输能力的基因参数分析 |
| 6.5.1 氧离子平均价态系数设计 |
| 6.5.2 电解质材料基因参数关系图 |
| 6.6 电解质材料相关体系的基因规律 |
| 6.7 小结 |
| 7 高性能阴极晶格结构、电子结构及离子传输规律研究 |
| 7.1 LaSrCoO_4体系晶格结构与电子结构及离子传输关系研究 |
| 7.1.1 I4/mmm及Cmcm结构对电子结构的影响 |
| 7.1.2 I4/mmm及Cmcm结构对缺陷形成能及迁移能的影响 |
| 7.2 PrBaMn_2O_(5+δ)体系晶格结构与电子结构及离子传输关系研究 |
| 7.2.1 P4/mmm及Fm3m结构对电子结构的影响 |
| 7.2.2 P4/mmm及Fm3m结构对缺陷形成能及迁移能的影响 |
| 7.3 小结 |
| 8 结论 |
| 9 创新点 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（9）基于多物理场耦合模型的固体氧化物燃料电池优化控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 固体氧化物燃料电池简述 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 SOFC数值模拟研究现状 |
| 1.3.2 SOFC优化研究现状 |
| 1.3.3 SOFC控制研究现状 |
| 1.4 本文研究主要内容 |
| 第二章 SOFC多物理场耦合模型搭建 |
| 2.1 模型几何结构 |
| 2.2 SOFC多物理场耦合模型 |
| 2.2.1 电荷传输方程 |
| 2.2.2 流体流动方程 |
| 2.2.3 传热方程 |
| 2.2.4 热应力耦合方程 |
| 2.2.5 边界条件及其参数设置 |
| 2.3 模型验证 |
| 2.3.1 网格独立性验证 |
| 2.3.2 电压和功率密度曲线验证 |
| 2.4 本章小节 |
| 第三章 SOFC热应力和功率密度的多目标优化 |
| 3.1 多目标优化方案 |
| 3.2 优化模型构建 |
| 3.2.1 热应力分析 |
| 3.2.2 参数对输出功率密度和热应力的影响 |
| 3.2.3 Sobol’参数全局敏感度分析 |
| 3.2.4 优化模型 |
| 3.3 NSGA-II多目标优化 |
| 3.4 优化结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 SOFC温度分布控制 |
| 4.1 SOFC温度分布模型预测控制策略 |
| 4.1.1 时空预测模型搭建 |
| 4.1.2 滚动优化器设计 |
| 4.2 控制联合仿真平台搭建 |
| 4.3 控制结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（10）船用固体氧化物燃料电池系统容错控制仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 船用燃料电池研究现状 |
| 1.2.2 SOFC系统建模研究现状 |
| 1.2.3 SOFC系统控制研究现状 |
| 1.2.4 SOFC系统容错控制研究现状 |
| 1.3 本课题研究的主要内容 |
| 第2章 船用固体氧化物燃料电池系统模型 |
| 2.1 SOFC系统的组成 |
| 2.2 SOFC系统数学模型 |
| 2.2.1 空气压缩机模型 |
| 2.2.2 燃料预重整器模型 |
| 2.2.3 空气预热器模型 |
| 2.2.4 SOFC电堆模型 |
| 2.2.5 后燃烧室模型 |
| 2.3 仿真结果 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于支持向量机SOFC电堆建模研究 |
| 3.1 支持向量机网络 |
| 3.2 人工蜂群算法优化SVM网络设计 |
| 3.2.1 人工蜂群算法 |
| 3.2.2 基于ABC-SVM的SOFC预测模型流程 |
| 3.3 基于ABC-SVM的SOFC电堆稳态模型结构 |
| 3.4 仿真结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于宽度学习系统SOFC预测模型 |
| 4.1 SOFC物理模型 |
| 4.1.1 电堆电压 |
| 4.1.2 燃料处理器 |
| 4.1.3 燃料利用率 |
| 4.2 改进的宽度学习系统 |
| 4.2.1 径向基函数神经网络 |
| 4.2.2 宽度学习系统 |
| 4.2.3 基于RBF宽度学习系统 |
| 4.3 基于粒子群算法优化BLS网络设计 |
| 4.3.1 粒子群算法 |
| 4.3.2 基于宽度学习系统的预测模型流程 |
| 4.4 基于宽度学习系统的SOFC预测模型结构 |
| 4.5 燃料利用率控制和LIPSCHITZ QUOTIENTS准则 |
| 4.5.1 燃料利用率控制 |
| 4.5.2 Lipschitz quotients准则 |
| 4.6 仿真结果 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 船用SOFC系统容错控制 |
| 5.1 模型预测控制 |
| 5.1.1 预测模型 |
| 5.1.2 滚动优化 |
| 5.1.3 误差校正 |
| 5.2 船用SOFC模型预测控制器设计 |
| 5.2.1 控制器设计 |
| 5.2.2 在线优化算法 |
| 5.3 故障诊断模块 |
| 5.3.1 故障类型 |
| 5.3.2 故障诊断原理 |
| 5.4 决策模块 |
| 5.5 仿真结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 在学期间科研成果情况 |
四、固体氧化物燃料电池（论文参考文献）
- [1]固体氧化物燃料电池发电系统动态模拟教学实验平台建设[J]. 吴肖龙,夏勇,胡凌燕,余运俊,夏志平,李曦. 实验室研究与探索, 2021(08)
- [2]可逆固体氧化物燃料电池-储能系统概念设计与应用场景识别[D]. 张雨檬. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [3]对称固体氧化物燃料电池电极材料结构及性能研究[D]. 张旸. 北京科技大学, 2021
- [4]中温固体氧化物燃料电池LnBaCo2O5+δ阴极及质子导体电解质材料的制备与性能研究[D]. 孙嘉苓. 吉林大学, 2021
- [5]以甲烷为燃料的中温固体氧化物燃料电池关键材料研究[D]. 吕秀清. 山西大学, 2021
- [6]SOFC阳极侧微尺度界面优化及性能研究[D]. 王强. 大连理工大学, 2021(01)
- [7]中低温固体氧化物燃料电池阳极功能层及电解质薄膜制备[D]. 魏育航. 大连理工大学, 2021(01)
- [8]固体氧化物燃料电池关键材料规律研究及优化设计[D]. 常希望. 北京科技大学, 2021(08)
- [9]基于多物理场耦合模型的固体氧化物燃料电池优化控制研究[D]. 阳大楠. 电子科技大学, 2021(01)
- [10]船用固体氧化物燃料电池系统容错控制仿真研究[D]. 靳方圆. 集美大学, 2021(01)
标签：燃料电池论文; 电池论文; 固体氧化物燃料电池论文; 固体电解质论文; 新能源论文;