导　　师： 王海辉

学科专业： H1701

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell，SOFC）是一种可以将化学燃料中的化学能直接、环保和高效地转化成电能的装置。外径在毫米级别的微管式固体氧化物燃料电池具有低的运行温度，优异的抗热循环性能，快速启动能力和更高的体积功率密度。到目前为止，制备微管式固体氧化物燃料电池的主要方法有等静压法、挤出成型法和离心浇铸法等。相转化/纺丝最近被用于制备中空纤维固体氧化物燃料电池（Hollow fibersolid oxide fuel cell，HF-SOFC），它可以更快地制备并且可以更好地控制微观结构。本论文利用相转化/纺丝/共烧结工艺和浸涂、刷涂等方法制备出直型电解质支撑HF-SOFCNiO-YSZ/YSZ/YSZ-LSM/LSM，直型阳极支撑HF-SOFC NiO-YSZ/YSZ/PLNCG，直型阳极支撑HF-SOFC NiO-GDC/GDC/PLNCG，U型阳极支撑HF-SOFC NiO-YSZ/YSZ/YSZ-LSM/LSM和直型阳极支撑HF-SOFC NiO-YSZ/YSZ/YSZ-LSM/LSM。将制备好的各HF-SOFC单电池安装好之后，进行电化学性能测试。本论文主要开展的研究内容如下：第一，用相转化/纺丝/共烧结技术成功制备出具有非对称结构的直型YSZ电解质中空纤维支撑体，其内侧为指状孔结构，为NiO-YSZ阳极的沉积提供场所，扩大阳极三相区；外侧为非常薄的海绵状孔结构，于一定温度煅烧之后形成很薄的致密层，既可以阻隔阳极氢气和阴极氧气的互相扩散，又可以降低电解质的氧离子传导阻力。在已制备的直型YSZ电解质中空纤维支撑体的基础上，成功制备出直型YSZ电解质支撑HF-SOFC NiO-YSZ/YSZ/YSZ-LSM/LSM，该电池在800oC时的最大功率密度是0.2mWcm-2。第二，用相转化/纺丝/共烧结技术成功制备出具有非对称结构的直型NiO-YSZ中空纤维阳极支撑体，其内侧为指状孔结构，外侧为海绵状孔结构。在已制备的直型中空纤维NiO-YSZ阳极支撑体的基础上，成功制备出直型阳极支撑HF-SOFC NiO-YSZ/YSZ/PLNCG。该电池表现出良好的电化学性能，其在750oC下电池最大功率密度为876mWcm-2，极化电阻为0.41Ω cm~2且电池在中温区域运行时，PLNCG阴极表现出良好的抗二氧化碳性能。第三，用相转化/纺丝/共烧结技术成功制备出具有非对称结构的直型NiO-GDC中空纤维阳极支撑体，其内侧为指状孔结构，外侧为海绵状孔结构。XRD图谱表明，PLNCG阴极与GDC电解质在温度不高于900oC的条件下，具有良好的化学兼容性。在已制备的直型中空纤维NiO-GDC阳极支撑体的基础上，成功制备出直型阳极支撑HF-SOFCNiO-GDC/GDC/PLNCG。该电池表现出良好的电化学性能，其在550oC下的最大功率密度为109mW cm-2和极化电阻为0.98Ω cm~2。第四，用相转化/纺丝/共烧结技术成功制备出U型NiO-YSZ中空纤维阳极支撑体，其内侧为指状孔结构，为阳极燃料气体氢气的输入和产物水蒸气的输出提供良好的传输通道；外侧为海绵状孔结构，其作为阳极三相区，为电池阳极的氢催化氧化反应提供良好的反应场所；在此支撑体的基础上，成功制备出U型阳极支撑HF-SOFCNiO-YSZ/YSZ/YSZ-LSM/LSM。由于YSZ-LSM复合阴极层的使用和LSM阴极集流层的存在，使得电池表现出良好的电化学性能，其在750oC下电池最大功率密度为884mWcm-2，极化电阻为0.36Ω cm~2。该电池表现出良好的热循环性能和稳定性，共经历了65个热循环，并在65个热循环之后又经过了100h的稳定运行，电池稳定运行的总时间达到425h。

关 键 词： 固体氧化物燃料电池 中空纤维 抗二氧化碳 热循环

分 类 号： [TM911.4]

领　　域： [电气工程]