高性能固體氧化物燃料電池：理論與實踐

目錄
叢書序
前言
第1章 燃料電池簡介 1
1.1 氫能與燃料電池發(fā)展背景 1
1.2 燃料電池發(fā)展歷史 4
1.3 燃料電池基本原理及應用 6
1.3.1 工作原理 6
1.3.2 各類燃料電池的應用 10
1.3.3 全球分布情況 12
1.4 固體氧化物燃料電池（SOFC） 13
1.4.1 SOFC簡介 13
1.4.2 SOFC關鍵材料 13
1.4.3 單電池結(jié)構(gòu) 18
1.4.4 電池堆結(jié)構(gòu) 20
1.4.5 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 21
1.5 SOFC面臨的挑戰(zhàn) 23
1.6 本章小結(jié) 25
參考文獻 25
第2章 基本理論及分析方法 29
2.1 伏安特性 29
2.2 熱力學分析及應用 30
2.2.1 預測可逆電壓 30
2.2.2 預測陽極燃料組分 35
2.2.3 預測陽極積碳趨勢 37
2.3 活化極化 38
2.3.1 陰極活化極化 41
2.3.2 陽極活化極化 45
2.4 歐姆損失 45
2.5 濃差極化 46
2.6 交流電化學阻抗譜 49
2.7 本章小結(jié) 52
參考文獻 52
第3章 單電池關鍵材料 54
3.1 SOFC電解質(zhì) 54
3.1.1 電解質(zhì)材料的基本要求和種類 54
3.1.2 氧化鋯基電解質(zhì) 55
3.1.3 氧化鈰基電解質(zhì) 58
3.1.4 其他螢石結(jié)構(gòu)電解質(zhì) 60
3.1.5 LaGaO3基電解質(zhì) 63
3.1.6 質(zhì)子導體電解質(zhì) 64
3.2 SOFC陽極 66
3.2.1 陽極材料的基本要求和種類 66
3.2.2 金屬陶瓷陽極 67
3.2.3 鈣鈦礦陽極 71
3.3 SOFC陰極 74
3.3.1 陰極材料的基本要求和種類 74
3.3.2 鈣鈦礦電子電導陰極 76
3.3.3 鈣鈦礦混合電導陰極 78
3.3.4 陰極的化學穩(wěn)定性 80
3.4 本章小結(jié) 82
參考文獻 82
第4章 電池堆構(gòu)型及組件 89
4.1 電池堆構(gòu)型 89
4.1.1 平板式構(gòu)型 89
4.1.2 管式構(gòu)型 93
4.1.3 微管式構(gòu)型 96
4.1.4 各種構(gòu)型的比較 97
4.2 連接體 98
4.2.1 連接體的基本要求和種類 98
4.2.2 陶瓷連接體 99
4.2.3 金屬連接體 103
4.3 金屬連接體保護涂層 110
4.3.1 涂層的基本要求 110
4.3.2 涂層材料類型 111
4.3.3 涂層沉積技術(shù) 115
4.4 封接材料 117
4.4.1 封接的基本要求 117
4.4.2 玻璃陶瓷封接材料 118
4.4.3 封接技術(shù)及應用 119
4.5 本章小結(jié) 123
參考文獻 124
第5章 性能測試及評價方法 128
5.1 測試裝置及方法 128
5.2 伏安特性測試 130
5.2.1 溫度及燃料組分的影響 130
5.2.2 燃料和空氣流量的影響 133
5.3 交流阻抗譜測試 134
5.3.1 弛豫時間分布計算原理及方法 134
5.3.2 弛豫時間分布敏感性分析實驗 140
5.3.3 交流阻抗測試及分析 144
5.4 發(fā)電效率測試 149
5.4.1 發(fā)電效率評估 149
5.4.2 *優(yōu)發(fā)電效率工況 151
5.4.3 能效優(yōu)化方案 155
5.5 運行穩(wěn)定性測試 157
5.5.1 穩(wěn)定性評價指標 157
5.5.2 穩(wěn)定性發(fā)展現(xiàn)狀 158
5.5.3 衰減機理的解析 159
5.6 本章小結(jié) 161
參考文獻 162
第6章 一體化離子傳導基體設計 167
6.1 一體化基體設計與制備 167
6.1.1 一體化基體結(jié)構(gòu)設計 167
6.1.2 電解質(zhì)層薄膜化 168
6.1.3 電解質(zhì)層致密化 169
6.1.4 多孔骨架層孔隙調(diào)控 177
6.1.5 多層薄膜共燒結(jié) 180
6.2 一體化基體中的離子傳導 186
6.2.1 孔隙參數(shù)對電導率的影響 186
6.2.2 晶粒參數(shù)對電導率的影響 187
6.3 晶界修飾與晶界電導率 192
6.3.1 鋯基電解質(zhì)晶界修飾 192
6.3.2 鈰基電解質(zhì)晶界修飾 197
6.3.3 晶界修飾的影響 201
6.3.4 晶界修飾理論分析 205
6.4 本章小結(jié) 209
參考文獻 209
第7章 陽極積碳及應對措施 211
7.1 陽極積碳機理及動力學 211
7.1.1 碳沉積過程和機理 211
7.1.2 純甲烷析碳動力學 213
7.1.3 甲烷混合物析碳動力學 217
7.1.4 合成氣析碳動力學 218
7.2 甲烷燃料SOFC電化學特性 220
7.2.1 燃料組分對電化學性能的影響 220
7.2.2 燃料組分對運行穩(wěn)定性的影響 223
7.2.3 工業(yè)尺寸電池測試 225
7.2.4 熱中性狀態(tài)確定方法 227
7.3 甲烷燃料SOFC陽極結(jié)構(gòu)優(yōu)化 230
7.3.1 陽極結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略 230
7.3.2 H2燃料下性能比較 231
7.3.3 CH4-CO2燃料下性能比較 233
7.3.4 穩(wěn)定性測試及后表征 235
7.4 本章小結(jié) 238
參考文獻 238
第8章 高性能納米陰極構(gòu)建 241
8.1 一體化基體原位負載納米陰極 241
8.1.1 納米電極原位負載技術(shù) 241
8.1.2 基體孔隙率的影響 242
8.1.3 溶劑種類的影響 243
8.1.4 溶質(zhì)濃度的影響 246
8.1.5 陰極負載量的影響 248
8.1.6 納米電極數(shù)值模擬 252
8.2 納米陰極材料的選擇 253
8.2.1 LSCF納米陰極 253
8.2.2 SSC納米陰極 255
8.2.3 性能及穩(wěn)定性比較 258
8.3 納米陰極運行穩(wěn)定性 259
8.3.1 LSCF陰極穩(wěn)定性 259
8.3.2 乙醇水溶液浸漬 264
8.3.3 LSCF-GDC復合納米陰極 265
8.4 工業(yè)尺寸一體化電池制備及評價 267
8.4.1 工業(yè)尺寸電池制備 267
8.4.2 輸出性能評價 269
8.4.3 耐久性評價 270
8.5 本章小結(jié) 274
參考文獻 274
第9章 高性能電堆組件制備 276
9.1 錳鈷尖晶石涂層制備及應用 276
9.1.1 概述 276
9.1.2 涂層制備與表征 277
9.1.3 涂層穩(wěn)定性及應用效果 280
9.1.4 GDC/MCO復合涂層 282
9.2 鈣鈦礦接觸組件制備及應用 287
9.2.1 LNF接觸層的制備與表征 287
9.2.2 接觸層面電阻穩(wěn)定性 288
9.2.3 在紐扣電池中的應用 292
9.2.4 在工業(yè)尺寸電池中的應用 298
9.3 密封件優(yōu)化及應用 299
9.3.1 Ba-Si系玻璃陶瓷 299
9.3.2 電堆密封性檢驗方法 302
9.3.3 實際電堆封接應用 305
9.4 本章小結(jié) 309
參考文獻 310
第10章 發(fā)電系統(tǒng)設計、集成和運行 311
10.1 系統(tǒng)設計原理 311
10.2 燃料電池子系統(tǒng) 312
10.3 燃料處理子系統(tǒng) 313
10.3.1 燃料的需求 314
10.3.2 燃料的純化 316
10.3.3 燃料的重整 317
10.3.4 電堆尾氣處理 322
10.4 熱管理子系統(tǒng) 329
10.4.1 基本作用 329
10.4.2 熱管理分析方法 331
10.4.3 熱管理子系統(tǒng)示例 334
10.5 電力電子子系統(tǒng) 337
10.5.1 電力調(diào)節(jié) 338
10.5.2 電力轉(zhuǎn)化 339
10.5.3 監(jiān)控系統(tǒng) 339
10.5.4 電力供給管理 340
10.6 整體系統(tǒng)運行 340
10.7 本章小結(jié) 342
參考文獻 343
后記 345