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第1章 燃料电池技术概述1

1.1 燃料电池的工作原理1

1.2 燃料电池的特点2

1.3 燃料电池的分类3

1.4 燃料电池的应用4

1.5 研究进展5

1.5.1 碱性燃料电池5

1.5.2 磷酸燃料电池6

1.5.3 熔融碳酸盐燃料电池8

1.5.4 固体氧化物燃料电池（SOFC）11

1.5.5 质子交换膜燃料电池（PEMFC）11

1.5.6 其他类型的燃料电池13

第2章 中温固体氧化物燃料电池技术16

2.1 SOFC的工作原理17

2.2 SOFC的结构类型18

2.3 SOFC的特点和应用19

2.4 SOFC的研究进展20

2.4.1 国外研究进展20

2.4.2 国内研究进展22

2.4.3 SOFC的中温化22

2.5 SOFC的构件材料研究状况23

2.5.1 SOFC的阴极材料24

2.5.2 SOFC的电解质材料25

2.5.3 SOFC的阳极材料27

2.5.4 SOFC的互连接材料28

2.5.5 SOFC的密封材料29

2.5.6 SOFC电池制备技术29

第3章 中温固体氧化物燃料电池新型阴极材料32

3.1 阴极材料La1-xSrxFe1--yMnyO3-(LSFM)32

3.1.1 柠檬酸盐法制备LSFM的过程34

3.1.2 柠檬酸盐法制备LSFM的性能38

3.2 阴极材料La1-xSrxFe1-yCoyO3-δ(LSFC)42

3.2.1 EDTA螯合溶胶－凝胶法制备的关键43

3.2.2 EDTA螯合溶胶－凝胶法制备LSFC工艺优化46

3.2.3 LSCF材料结构和性能研究50

3.3 阴极材料La0.8 Sr0.2 Co.085CuxFe0.9 15-xO3-δ(LSCCuF)53

3.3.1 XRD分析54

3.3.2 SEM及EDS分析55

3.3.3 电导率测量结果与分析56

3.3.4 LSCCuF与电解质的化学相容性研究57

3.4 阴极材料La0.8 Sr0.2 Co0.05FexMn0.9 5-xO3-δ(LSCFM)57

3.4.1 差热－热重分析57

3.4.2 粉体预烧和膜体的制备58

3.4.3 XRD检测59

3.4.4 扫描电镜59

3.4.5 能谱分析59

3.4.6 电导率σ和电导活化能Ea59

3.4.7 碘滴定61

3.5 阴极材料La1-x-ySrxCayFe1-zCozO3-δ(LSCaFC)61

3.5.1 XRD分析和EDS分析61

3.5.2 SEM和BET结果62

3.5.3 激光粒度分析62

3.5.4 碘滴定法测量样品的氧非化学计量值63

3.5.5 材料电导率63

3.5.6 LSCaFC与LSGM电解质的化学相容性64

3.6 阴极材料La1-x-ySrxCayMn1-xCozO3-δ(LSCMC)65

3.6.1 La1-x-ySrxCayMn1-zCozO3-δ(LSCMC)DSC/TG分析65

3.6.2 变温X－射线衍射分析65

3.6.3 电子探针显微（EPMA）分析69

3.6.4 粒度分析69

3.6.5 材料制备焙烧曲线70

3.6.6 材料的电导性能70

3.6.7 电导活化能71

3.6.8 特征温度、体积密度及微观形貌72

3.6.9 材料的热性能72

3.6.10 材料的化学性能73

3.6.11 催化性能74

3.6.12 阴极材料的氧表面交换75

第4章 中温固体氧化物燃料电池新型阳极材料76

4.1 阳极材料La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ(LSCM)76

4.1.1 改进固相法制备LSCM阳极材料76

4.1.2 GNP法制备LSCM阳极材料83

4.2 阳极材料La1xSrxCr1-y-zMnyCozO3-δ(LSCMCo)87

4.2.1 LSCMCo的物相分析87

4.2.2 LSCMCo的形貌分析88

4.2.3 LSCMCo的电导性能88

4.2.4 LSCMCo的催化性能90

4.3 阳极材料Ce0.8 Ca0.2 O1.8 (CDC82)90

4.3.1 CDC82前驱体物料的热分析91

4.3.2 CDC82的物相分析91

4.3.3 CDC82的生成机理探讨91

4.3.4 CDC82的形貌分析92

4.3.5 CDC82的电导性能93

4.3.6 CDC82与LSGM和LSCM的化学相容性94

4.3.7 CDC82的催化性能94

4.4 阳极材料Ce0.8 Gd0.2 O2-δ(GDC82)95

4.4.1 GDC82前驱体物料的热分析95

4.4.2 GDC82的物相分析95

4.4.3 GDC82的生成机理探讨95

4.4.4 GDC82的形貌分析96

4.4.5 GDC82的电导性能96

4.4.6 GDC82与LSGM和LSCM的化学相容性97

4.4.7 GDC82的催化性能98

4.5 阳极材料Ce0.8 Ca0.2 O2-La0.7 Sr0.3 Cr0.5 Mn0.5 O3-δ(CDC-LSCM)99

4.5.1 CDC-LSCM热重分析检测结果99

4.5.2 CDC-LSCM XRD物相分析检测结果99

4.5.3 CDC-LSCM扫描电镜显微结构分析102

4.5.4 CDC-LSCM能谱分析结果102

4.5.5 CDC-LSCM与电解质YSZ相容性测试103

4.5.6 CDC-LSCM在氢气中的催化性反应103

4.5.7 CDC-LSCM在空气和氢气气氛下的电导率104

4.6 新型阳极材料3Ce0.8 Ca0.2 O0.2 -7La0.7 Sr0.3 Cr0.5 Mn0.5 --yCoyO3-δ(CDC-LSCMCo)105

4.6.1 CDC-LSCMCo的特征105

4.6.2 CDC-LSCMCo0.1 材料的热分析105

4.6.3 CDC-LSCMCo0.1 材料的物相分析106

4.6.4 CDC-LSCMCo0.1 材料的能谱分析107

4.6.5 CDC-LSCMCo0.1 材料的形貌分析108

4.6.6 CDC-LSCMCo材料的电导性能108

4.6.7 CDC-LSCMCo0.1 5材料分别与电解质YSZ和LSGM的化学相容性110

4.6.8 CDC-LSCMCo0.1 5材料与电解质LSGM的热相容性111

4.6.9 CDC-LSCMCo015材料在氢气下的催化性能111

第5章 中温固体氧化物燃料电池新型电解质材料113

5.1 电解质材料La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ(LSGM)114

5.1.1 LSGM的合成物料分析115

5.1.2 LSGM合成物料的热分析117

5.1.3 LSGM的物相分析118

5.1.4 LSGM的生成机理探讨118

5.1.5 LSGM的能谱分析119

5.1.6 LSGM的形貌分析120

5.1.7 LSGM粉体的粒度分布120

5.1.8 LSGM的导电机理及性能121

5.1.9 GNP法制备LSGM电解质材料125

5.1.10 固相－GNP联合烧结法制备LSGM电解质材料探索126

5.2 LSGMC电解质材料合成及性能研究127

5.2.1 LSGMC前驱体物料的热重分析127

5.2.2 烧结温度127

5.2.3 电极材料与电解质的化学相容性128

5.2.4 LSGMC陶瓷片的形貌分析129

5.2.5 LSGMC粉体的粒度分布132

5.2.6 碘量法测非化学计量值133

5.2.7 LSGMC的电导性能133

第6章 中温固体氧化物燃料电池单电池技术及堆循环系统新流程136

6.1 LSGM电解质与电极材料之间的相容性136

6.1. 1 LSGM电解质与备选电极材料之间的化学相容性能136

6.1.2 LSGM电解质与备选电极材料之间的热匹配性能136

6.1.3 备选电极材料的电导性能139

6.2 单电池制作及性能考察140

6.2.1 电池构件薄膜制作140

6.2.2 电极薄膜的微观形貌141

6.2.3 单电池性能测试与结果145

6.3 ITSOFC堆循环系统新流程148

6.3.1 阳极积碳机理研究149

6.3.2 甲烷重整措施154

6.3.3 生物质气等含甲烷燃料在SOFCs中的循环系统新流程156

6.3.4 循环系统的工作原理与特点156

第7章 阳极支撑中温固体氧化物燃料电池及其材料的研究160

7.1 LSCM阳极材料的制备和性能表征160

7.1.1 LSCM阳极材料的合成与表征160

7.1.2 LSCM阳极基底的制备及造孔剂的选择研究160

7.1.3 LSCM阳极材料的形貌结构162

7.1.4 LSCM多孔阳极对甲烷的催化活性165

7.1.5 LSCM多孔阳极的电导率165

7.2 NiO-LDC阳极材料的制备和性能表征166

7.2.1 LDC材料制备及性能研究167

7.2.2 NiO-LDC阳极片制备及性能研究169

7.3 LSGM电解质薄膜的制备和性能表征174

7.3.1 固相法合成LSGM电解质材料174

7.3.2 射频磁控溅射法制备LSGM电解质薄膜175

7.3.3 LSGM电解质薄膜的表征及工艺优化177

7.3.4 浆料旋涂法制备LSGM电解质薄膜192

7.3.5 LSGM电解质薄膜的表征及工艺优化193

7.4 单电池片制备及电池性能测试196

7.4.1 单电池片制备197

7.4.2 LSCM阳极支撑／浆料旋涂LSGM/LSCF单电池片197

7.4.3 LSCM阳极支撑／磁控溅射LSGM/LSCF单电池片200

7.5 NiO-LDC阳极支撑单电池片性能测试203

7.5.1 NiO-UDC阳极支撑／浆料旋涂LSGM/LSCF单电池片204

7.5.2 NiO-LDC阳极支撑／磁控溅射LSGM/LSCF单电池片207

参考文献211