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电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)作为一种原位/非原位的电化学表征技术,在固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)尤其是小尺寸电池的研究中得到了广泛应用,而工业大尺寸电池的EIS研究较少且大多基于小尺寸电池的研究结果。本文对工业尺寸(10 cm × 10 cm)阳极支撑平板式SOFC搭建了EIS测试系统,并改变电池运行温度、阳极/阴极气体组分,对该电池进行了系统的EIS测试,而后采用不基于先验假设的弛豫时间分布法(Distribution of Relaxation Times,DRT)对EIS数据进行解析。通过比较分析不同条件下的DRT结果,揭示了DRT中各特征峰与电池中具体电极过程的对应关系。与小尺寸电池相比,由于大尺寸电池的有效面积较大且入口流量较小,气体转化过程在大尺寸电池中不容忽视。本文通过解析EIS实现了对工业大尺寸SOFC单电池中各项电极过程的分辨,该方法及结果能够进一步应用于SOFC原位表征、在线监测以及衰减机理等相关研究。 相似文献
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固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)是一种清洁高效的发电装置, 其运行中的性能衰减受到众多因素的影响, 如何分辨这些因素的贡献、并在此基础上确定衰减的主导因素, 对于更有针对性地提升SOFC的运行寿命至关重要. 广泛的测试结果表明, SOFC的电化学性能在运行初期(约前100 h)会发生最为显著且复杂的变化, 但是对其演变机制还没有形成清晰的认识. 本工作基于电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)分析方法分别研究了工业尺寸电池(100 cm2)和纽扣电池(0.45 cm2)在运行初期的电化学性能演变规律, 得到了关于电池性能和电极微观结构演变机制的一致性规律. 电池在运行初期依次经历活化阶段和老化阶段: 活化阶段阳极孔隙率增加、气相扩散过程改善, 电池性能逐渐上升; 老化阶段阳极Ni颗粒发生烧结团聚, 有效三相界面长度显著降低, 阳极界面反应过程劣化, 电池性能逐渐下降. 各阶段的持续时间、性能变化幅度会受到电池制备工艺的影响. 本工作提出的运行初期电化学性能演变机制能够为进一步研究SOFC的长期稳定性奠定基础. 相似文献
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