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低温固体氧化物燃料电池失效组织演变研究

2021-07-13原慷张睿黄琛董文静

热喷涂技术 2021年1期
关键词:裂纹

原慷,张睿,黄琛,董文静

(1. 矿冶科技集团有限公司,北京 100160;2. 北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心,北京 102206;3. 特种涂层材料与技术北京市重点实验室,北京 102206;4. 东北大学冶金学院,沈阳110819;5. 中国地质大学材料与化学学院,武汉 430074;6. 湖北大学,武汉 430062)

0 引言

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)是一种将燃料的化学能转换成电能的能量转换装置[1]。它因为不受卡诺循环的限制、几乎不产生有害物质,且各种燃料都可以应用其中,所以具有能量转换效率高、对环境友好和燃料广泛适用的优点[2-4]。根据工作温度来划分,SOFC 大致可分为:高温型(800~1000℃)、中温型(600~800℃)和低温型(300~600℃)[5]。高的工作温度限制了材料的选用,提高了SOFC 的成本,从而限制了其产业化和商业化。降低SOFC 工作温度可将价格低廉的不锈钢合金用作连接体材料,降低成本。此外,低温化还可以提高电极稳定性,减缓电极材料老化速度,提高电池使用寿命[6]。

近年来,国内外学者正广泛探索低温固体氧化物电池(LT-SOFC) 的材料。Yuan、Park 和Zhang 等[7-9]研究了电池长时间放电过程。结果表明,在低温下,经过长时放电过程后,电池的性能在一定程度上会衰减。Xia 等[10]通过研究电池的短时多次放电过程,发现电池的性能也出现了一定程度衰减。镍钴铝酸锂(简称NCAL)是常用的LT-SOFC 材料之一,被用于电极侧或被混入电解质层以增强电池放电性能[11-13]。NCAL 具有LixMyO2相结构,且在电池中发挥电子传输或催化功能。有研究表明,NCAL 随着温度升高会转化为电子和锂离子混合导体[14]。研究结果还表明,合适的气氛、温度和时间是使NCAL 保持良好电子导体的前提[15]。……

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