La2NiO4 δ混合导体材料的电化学性能研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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文 献 综 述1.固态氧化物燃料电池研究背景人类的生存和发展与能源密切相关,为解决能源危机,各国均投入大量资金研发新能源。

而固体氧化物燃料电池作为一种环保高效的新一代能源转换装置也受到越来越多的关注,其具有能量密度大,绿色无污染,使用效率高,使用的范围广泛等特点,以及电解质和电极材料的不损耗特性,特别符合生态文明的建设理念,因此成为现阶段的研究热点[1]。

而且SOFC是所有燃料电池中能量转化效率最高的一种能量转换装置,其具有其他燃料电池所没有的突出优点:(1)没有其他燃料电池(如熔融碳酸盐燃料电池等)的电解液腐蚀和泄漏等问题;(2)由于在高温下操作,电池排出的余热可以充分回收利用,综合能效可达70%以上;(3)燃料适用范围广,除氢气外,一氧化碳、 氨气、 碳氢化合物,甚至固态碳都可以作为燃料,这一特点也正好符合我国发展新型替代能源的战略需要;(4)SOFC的大部分材料组成都含有稀土元素,研发SOFC可以促使我国丰富的稀土资源朝着具有高附加值的方向健康发展[2]。

目前制约其发展的因素主要有两方面:其一是用于SOFC主要部件的材料造价较高;其二是SOFC往往工作在800-1000℃的高温区,高温度既会造成热能的浪费又会提高对SOFC各部件材料选择的要求,所以目前SOFC的研究主要集中在材料的选择上和降低工作温度上。

其中阴极材料的选择对于整个SOFC系统起着至关重要的作用,由于传统的固态氧化物燃料电池的使用温度需要达到1000℃,这需要极大的能量消耗,严重阻碍了SOFC的商业化,因此中温的SOFC(600800℃)成为现阶段的研究热点。

但是在把温度从1000℃降到800℃的同时,高温下使用的LSM阴极材料会随着温度的下降性能急剧下降,阻抗显著增加,催化活性显著降低,电导率也显著降低。

因此,开发在中温下使用的阴极材料已经成为目前所必须面对的难题[3-6]。

2.固态氧化物燃料电池(SOFC) 2.1 SOFC的工作原理SOFC是采用具有离子传导能力的固体氧化物作为电解质的燃料电池。

下面以燃料气为氢气时的SOFC为例来说明其工作原理[7]。

图1 SOFC工作原理图电池总反应式为H2 O2→H2O阴极:1/2O2 2e-1→O2-阳极:H2 O2-→H2O 2e-2.2 SOFC的特点[8]1.作为全固态电池,避免了电解质腐蚀以及封接等问题,且固态结构有利于电池组设计和封装。

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