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0 绪论 1

1 固体氧化物燃料电池 6

1.1 SOFC工作原理 6

1.2 SOFC关键材料 7

1.2.1 阳极材料 7

1.2.2 电解质材料 9

1.2.3 阴极材料 10

1.2.4 连接体材料 10

1.2.5 密封材料 11

1.3 SOFC发展趋势 12

1.3.1 运行温度的中低温化 12

1.3.2 燃料形式多样化 13

1.3.3 电池构型的发展 13

参考文献 14

2 金属支撑固体氧化物燃料电池制备及性能 16

2.1 MS-SOFC设计理念 16

2.2 MS-SOFC研究现状 17

2.2.1 MS-SOFC金属支撑体材料选择 19

2.2.2 MS-SOFC的制备工艺及关键问题 21

2.3 Ni基MS-SOFC的性能 24

2.3.1 Ni基MS-SOFC电化学性能 24

2.3.2 Ni基MS-SOFC氧化还原循环和热循环性能 25

2.3.3 Ni基MS-SOFC在CH4中的性能 26

参考文献 27

3 流延-丝网印刷-共烧结制备金属支撑SOFC 31

3.1 关键材料的合成与制备 31

3.1.1 溶胶凝胶法制备GDC 31

3.1.2 EDTA柠檬酸联合络合法制备BSCF 31

3.1.3 固溶包覆法制备LSM-BSCF 32

3.1.4 EDTA柠檬酸联合络合法制备NTO 32

3.2 MS-SOFC制备工艺 33

3.2.1 流延法制备MS-SOFC支撑体 33

3.2.2 半电池制备 34

3.3 材料分析和表征方法 38

3.3.1 物相分析（XRD） 38

3.3.2 形貌表征（SEM） 39

3.3.3 X射线能谱分析（EDX） 39

3.3.4 热重／差热分析（TG/DSC） 39

3.3.5 孔隙率测量（Porosity） 40

3.3.6 比表面积测量（BET） 40

3.3.7 热膨胀系数测量（CTE） 40

3.3.8 激光拉曼光谱分析（RAMAN） 40

3.4 支撑体内重整性能测试 41

3.5 MS-SOFC电池测试 41

3.5.1 MS-SOFC电池测试装置及夹具设计 41

3.5.2 交流阻抗谱测试 43

3.5.3 电池电流-电压-功率密度（I-V-P）测试 43

3.5.4 电池稳定性测试 44

4 金属支撑体氧化还原与热循环性能 45

4.1 多孔Ni/Ni-Fe支撑体表征 46

4.1.1 相结构分析 46

4.1.2 造孔剂含量对金属支撑体显微结构及线收缩率的影响 46

4.1.3 还原温度对显微结构及线收缩率的影响 49

4.1.4 热膨胀系数 52

4.2 多孔支撑体氧化还原行为研究 53

4.2.1 氧化动力学分析 53

4.2.2 相结构分析 55

4.2.3 氧化后的显微结构分析 56

4.2.4 再还原后的显微结构分析 57

4.2.5 氧化还原温度及Fe含量对线收缩率的影响 59

4.3 多孔Ni/Ni-Fe支撑体的热循环行为研究 61

4.4 本章小结 63

参考文献 64

5 低温MS-SOFC制备及电化学性能分析 66

5.1 支撑体与电解质共烧结工艺优化 66

5.1.1 生坯TG/DSC分析 67

5.1.2 支撑体热膨胀系数测量 68

5.1.3 支撑体与电解质材料共烧结特性 68

5.2 MS-SOFC微观结构表征 70

5.2.1 GDC电解质材料 70

5.2.2 LSM-BSCF阴极材料 71

5.2.3 MS-SOFC单电池显微结构 73

5.3 MS-SOFC电化学性能 73

5.3.1 I-V-P曲线和交流阻抗谱 74

5.3.2 GDC电解质MS-SOFC开路电压 76

5.3.3 MS-SOFC恒流放电测试 79

5.4 MS-SOFC氧化还原循环性能 80

5.5 MS-SOFC热循环性能 83

5.6 本章小结 86

参考文献 86

6 直接甲烷MS-SOFC内重整性能分析 88

6.1 阳极支撑体对CH4重整性能 89

6.1.1 阳极金属支撑体催化重整活性 89

6.1.2 C原子在Ni和Ni0.9Fe0.1吸附能 89

6.2 MS-SOFC在CH4燃料中的电化学性能 91

6.2.1 MS-SOFC的I-V-P曲线 91

6.2.2 MS-SOFC的交流阻抗谱 92

6.2.3 MS-SOFC稳定性测试 93

6.3 Ni0.9 Fe0.1-SOFC衰减机制分析 95

6.4 本章小结 98

参考文献 99

7 NiTiO3对MS-SOFC抗积碳性能的影响 102

7.1 NiTiO3和金属支撑体表征 103

7.2 金属支撑体重整催化活性 105

7.3 电化学性能分析 107

7.3.1 I-V-P曲线 107

7.3.2 NTO对MS-SOFC性能的影响 107

7.3.3 NTO对电池稳定性的影响 109

7.4 本章小节 111

参考文献 112

8 附录 114

附录1 基本物理常量 114

附录2 希腊字母表 115

附录3 固体氧化物燃料电池部件材料热膨胀系数 116