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摘 要

固体氧化物燃料电池是一种新型能源转换装置，它能直接将化学能转化成电能，它具有高效，环保的特点。双钙钛矿型阳极材料在防止硫中毒和碳沉积方面较传统的Ni/YSZ材料有着显著的优势。本文首先用固相法合成了新型Sr₂ZnMoO₆阳极材料，利用X射线衍射对样品的物相组成进行了表征。结果显示该样品中除了含有微量的SrMoO₄杂相。鉴于固相法采用机械混合的方式，颗粒直径较大，对反应条件要求苛刻，本文同时还采用了液相法制备阳极材料La2NiMnO6。并利用X射线衍射分析其物相组成，得到了较为纯净的Sr₂ZnMoO₆双钙钛矿材料。本文利用Rietveld精修技术对新和成的Sr₂ZnMoO₆双钙钛矿材料进行了Rietveld晶体结构精修，得到了新型Sr₂ZnMoO₆双钙钛的晶体结构。

关键词：燃料电池 抗硫抗积碳 X射线分析 结构解析

Abstract

The solid oxide fuel cell is a new energy conversion devices, it can directly convert chemical energy into electrical energy, which has features of efficiency and environment protection. Ni / YSZ is the most commonly used anode material, but it is easy to be poisoned by sulfur , easy to produce carbon deposition. Therefore,it is needed to develop a strong resistance to sulfur poisoning and anti-carbon deposition capability and excellent performance of the anode material.Firstly,we make a new type of anode material of Sr2ZnMoO6 by the solid phase synthesis.The combined sample phase composition were characterized by X-ray diffraction. The results showed that it contain traces of impurity phases. In view of the solid-phase method using mechanical mixing way, the particle diameter is large, demanding reaction conditions, the latter paper uses liquid-phase method to prepared anode material of La2NiMnO6. The combined sample phase composition were characterized by X-ray diffraction,which achieved good results. Then we will structural its structure.

Key words:fuel cell;anti-sulfur and anti-carbon;X-ray Diffraction;structure analysis

目录

摘 要 1

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1燃料电池简介 1

1.1.2燃料电池的分类 1

1.2 固体氧化物燃料电池（SOFC）简介 2

1.3 固体氧化物燃料电池原理 3

1.4 固体氧化物燃料电池的基本组成 4

1.5 固体氧化物燃料电池阳极要求 4

1.6 阳极材料的发展 4

1.7 材料表征方法 6

1.8 晶体结构表征 7

1.8.1 晶体衍射数据的精修 7

1.8.2 Rietveld法定量分析 9

第二章 实验过程与方法 10

2.1 实验内容与目的 10

2.2 实验原料及仪器 11

2.2.1 实验原料 11

2.2.2 配方 11

2.3 实验仪器与装置 12

2.4 实验步骤 13

2.4.1 Sr2ZnMoO6的制备方法 13

2.4.2 La2NiMnO6的制备方法 13

第三章 样品的表征与分析 14

3.1 La2NiMnO6的测试分析 14

3.2 Sr2ZnMoO6的测试分析 16

第四章Rietveld精修 17

4.1产物晶体结构的精修 17

4.2 La2NiMnO6精修 18

4.3 Sr2ZnMoO6精修 19

第五章 结论与展望 21

5.1结论 21

5.2展望 22

参考文献 22

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

能源是社会经济发展的基石，持续的经济发展对能源的需求也进一步加大，一次能源的消耗所带来的环境问题也日益突出。全球气候变暖和雾霾等问题的解决迫在眉睫。在这样的背景下，人们对于能源的研究也日益深入，开始关注燃料电池。燃料电池由于其直接将化学能转化为电能，不需要遵循卡诺循环，具有清洁、高效、污染小的特点，受到了广泛的关注。

1.1.1燃料电池简介

燃料电池是一种直接将化学能转换为电能的电化学装置。传统的电池是将燃料与氧化剂储存在电池内，当电池内的燃料用完时，该电池也就废弃了。但是燃料电池是在外部向阴阳两级通入燃料气体与氧气，只要燃料不断，及时排除生成物，整个燃料电池就能一直工作下去。燃料电池因为直接将化学能转换为电能，其效率实际上可以高达60%。并且其产物为二氧化碳和水，对环境无污染，组装方便。具有良好的商业前景。

1.1.2燃料电池的分类

根据燃料电池的电解质不同，燃料电池可以分为五大类:

1. 质子交换膜燃料电池^[1]（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）
2. 碱性燃料电池(Alkaline Fuel Cell，AFC)
3. 磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）
4. 熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC)
5. 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)

以上五种燃料电池最主要的不同是其操作使用温度不同。操作温度依次升高，固体氧化物燃料电池的操作温度可达700℃以上。目前来说，质子交换膜燃料电池与固体氧化物燃料电池是最具有商业前景的电池。

1.2 固体氧化物燃料电池（SOFC）简介

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell)是一种新型能源转换装置，它能直接将化学能转化成电能。它最大的特点就是高效，环保。

1. 传统的火力发电过程中，能量经过了二次转换，效率低下。而固体氧化物燃料电池将化学能直接转化成电能，无需遵循卡诺循环。因此，转换过程中不会有机械能和热能的损耗，因而提高了能量转化的效率。一般可高达50%到60%，如果采用热电联供技术的话可效率高达80%。

1. 其反应主要产物为水和CO₂，因此对环境造成的影响极低。
2. 由于其全固态结构，无液态电解质，因此不会产生电解质液腐蚀的问题，也不存在电解液管理问题，使用寿命长。亦不需要配制庞大的设备，可以采用模块化结构，设计性强，组装方便，积木性强。既可用作大型商厦的独立电源，也可用作小型移动性电源。

1. 燃料适用性广。氢气、天然气、煤气、烃类、醇类等高碳氢化合物均可作为燃料。当然其中，氢气作为燃料时，电池表现出良好的性能，但是以烃类为燃料时还存在着积碳问题，含有硫化物时还存在着硫中毒的问题。

1.3 固体氧化物燃料电池原理

固体氧化物燃料电池在阴极侧持续通入O₂或者空气，多孔结构的阴极表面吸附氧，在阴极自身的催化作用下，O₂发生反应，氧分子获得电子成为O^2-离子。阴极发生的反应如下：

O₂ 4e^-→2O^2-（1.1）

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