论文总字数：23976字

摘 要

自从第二次工业革命以后，全世界的工业发展和人民生活水平都得到了飞速的发展，与此同时人类所需要的能源也与日俱增。我国一直以来把能源看作一项重要的战略资源，能源对于国家经济的发展有着举足轻重的作用。要想实现长期可持续发展就必须解决能源与环境之间的矛盾，关键点就是改善能源结构，大力发展新能源和清及能源取代部分化石能源。其中燃料电池技术是当前备受关注的有前景的高效清洁能源。本文主要研究讨论固体氧化物燃料电池（SOFC）的工作性能。SOFC电池的性能很大程度上受着其材料制备工艺的影响，因此SOFC需要精确便捷的测试方法才能得到如何制备材料是最优的。这样的测试也能让研究人员知道哪些地方对燃料电池的性能影响最为显著，进而进一步引导生产和研发工作。我们主要讨论了氢气作燃料和醇类作燃料下固体氧化物燃料电池的电池特性，并且通过制作电池以及实际测量电池工作状态下的UI曲线获得主要的数据。

关键词：固体氧化物燃料电池（SOFC）、生物燃料

Abstract

Since the second industrial revolution, the world's industrial development and people's living standards have developed rapidly. At the same time, the demand of energy is increasing. China has always regard energy as an important strategic resource and an important role in the development of national economy. In order to achieve long-term sustainable development, the balance between energy and the environment must be solved. The key point is to improve the energy structure by developing new energy and to replace some fossil energy with clean and energy. Fuel cell technology is the most promising clean energy source. This paper mainly discusses the performance of solid oxide fuel cell (SOFC). The performance of SOFC battery is largely influenced by its material preparation process. So SOFC needs accurate and convenient testing methods to get the best preparation. Such tests also allow researchers to know which fact have the most significant impact on fuel cell performance for further production and researching. We mainly discuss the characteristics of the solid oxide fuel cell with hydrogen fuel and alcohol fuel. And We obtain the main data by making the battery and the measuring the UI curve in the working state of the battery.

KEY WORDS: Solid oxide fuel cell (SOFC), Bio-fuel

目录

摘要 II

Abstract IV

第一章 绪论 3

1.1 引言 3

1.2 燃料电池介绍 3

1.2.1 SOFC的工作原理 4

1.2.2 SOFC电化学基础 5

1.3 SOFC电池电解质材料的研究 6

1.3.1 氧化铈基碳复合电解质 6

1.3.2 氧化铈基碳盐复合材料的结构与性能。 7

1.3.3 固体氧化物燃料电池电解质的纳米复合技术 8

1.3.4 SOFC电解质的稳定性 8

1.4 SOFC的电极材料介绍 9

1.5 以碳氢化合物为燃料的SOFC 9

1.6 基于纳米技术的单部件 10

1.7 固体氧化物燃料电池单体的测试 11

1.8 本文研究的主要内容 11

第二章 制备实验材料的设备和方法 12

2.1 SOFC合成材料介绍 12

2.2 试验设备 12

2.3 实验室试验设备实物图 13

2.4 制备实验的基本流程 13

2.4.1 SOFC的制备 13

2.4.2 电极材料的制备 13

2.4.3 电解质材料的制备 14

第三章 设计方案 15

3.1 实验平台的建立 15

3.1.1 测试平台总体框架 16

3.1.2 四探针纽扣电池夹具 16

3.1.3 生物（醇类）燃料输入装置 17

3.1.4 管式炉 17

3.2 实验室电子负载 17

第四章 以氢气为燃料的电池性能研究 17

4.1 氢气燃料下纯电解质性能的测试 17

4.2 纯电解质电池制备以及测试的方法 18

4.3 纯NSDC电解质燃料电池性能的测试 18

4.4 不同电解质材料的纯电解质电池性能测试的实验 19

4.5 单体电池的性能测试实验 19

4.5.1 电极材料的选取以及单体电池的制备 20

4.5.2 单体电池的性能测试以及稳定性测试 20

4.5.3 单体电池在氢气燃料下的长时间工作性能测试 22

4.6 本章小结 22

第五章 以醇类为燃料的电池性能研究 23

5.1 单部件燃料电池的性能测试 23

5.2 开路电压的测试 23

5.2.1 不同浓度燃料对电压影响的测试 23

5.2.2 燃料开路电压稳定性的测试 24

5.3 乙醇燃料下电池的工作性能测试 24

5.4 本章小结 25

第六章 结论与展望 25

6.1 工作的主要结论 25

6.2 未来展望 26

致谢 27

参考文献 28

绪论

引言

自从第二次工业革命以后，全世界的工业发展和人民生活水平都得到了飞速的发展，与此同时人类所需要的能源也与日俱增。我国一直以来把能源看作一项重要的战略资源，能源对于国家经济的发展有着举足轻重的作用。随着我国社会经济不断向前发展，对能源的需求将会不断增长。当今世界能源形势不容乐观，化石能源在不久的未来就会枯竭，而化石燃料造成的严重排放对环境的污染也不断的收到世界各个国家和组织的重视。过去的能源结构和能源利用方式在未来的现代化发展中渐渐地不适用了。根据国际能源署最新发布的数据，2017年全球碳排放达325亿吨，比2016年增长1.4%(净增4.6亿吨)，创历史新高[1]。化石燃料在燃烧之后还会排出其他有害气体（NOx，Sox以及碳氢化合物等）过度排放会造成严重的污染问题。要想实现长期可持续发展就必须解决能源与环境之间的矛盾，关键点就是改善能源结构，大力发展新能源和清及能源取代部分化石能源。其中燃料电池技术是当前备受关注的有前景的高效清洁能源。燃料电池在宇宙飞船、航天飞机及潜艇动力源方面已经得到应用，但是其高成本也使得推广和发展饱受限制。

燃料电池介绍

燃料电池指的是通过电化学反应，使得燃料中的化学能转化为电能的装置，由于反应不经历燃烧过程，因此燃料电池不需要经历“卡诺循环”，理论效率高。相比起燃烧发电它还有噪音低、污染小等优势。

目前世界上的燃料电池多种多样，一般来说可以分为五种：磷酸燃料电池（PAFC）、碱性燃料电池（AFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。

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