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熔融碳酸盐燃料电池中阴极反应和形变/溶解机理探讨及其改性研究熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)具有清洁、发电效率高、不需使用贵金属以及电厂结构简单等诸多优点，因而在未来发电中具有十分广阔的应用前景，目前已初步进入商品化阶段。
但因NiO阴极形变造成电池系统结构的不稳定和NiO阴极溶解造成电池短路而影响电池寿命的问题，却始终成为限制其进一步大规模商品化的主要因素之一。
自开发MCFC技术以来，人们经过不懈的努力对其进行研究和探讨，并取得显著进展，但一些关键问题仍亟需研究和解决，尤其是对于复杂环境中的阴极过程。
综观相关研究，主要存在以下几方面的问题尚需进一步深入研究和探讨。
(1)对于MCFC实际运行条件下阴极反应机理的澄清，尤其是其中的关键角色—活性中间氧物种的鉴定，至今尚存有争议，未达成统一。
究其原因，很重要的一点是由于实验方法和测试仪器的限制。
传统的电化学方法在测定动力学参数方面有着不可替代的作用，但在鉴定氧物种方面却显得宏观而间接，缺乏直接的、微观的有力佐证。
(2)关于NiO 阴极溶解机理的探讨也基本局限在宏观而间接的研究阶段，主要涉及熔盐组成、气氛组成和温度等宏观影响因素，同样缺少直接的、分子水平的实验数据。
(3)尽管近些年来，对于金属Ni在熔盐中的氧化／锂化行为已进行了相当深入的研究，但是有一个很重要的因素却未被关注。
即，MCFC电池堆中的电极材料在实际启动和运行过程中总是处于由电池堆自身产生的负荷状态，负荷的存在无疑对电极材料的性能产生不容忽视的影响。
(4)改善阴极材料和开发新的阴极替代材料是减缓电池短路、延长电池寿命最有效的措施。
人们虽开发了一系列复合的和替代的新型阴极材料。
但从性能、价格以及实际操作等方面综合考虑，这些电极材料距工业化目标仍存有一定差距。
以上四个问题相互联系、错综复杂。
毋庸置疑，它们的解决对于MCFC工业必定产生重大实质性的影响和推动。
本论文工作侧重围绕这四个问题，从研究方法、实验仪器直至厦门大学理学博士论文研究主体进行了全新的尝试和探索，以期达到全面深入的和实质性的进展。
乙醇燃料电池电极反应式熔融碳酸盐乙醇燃料电池是一种将乙醇转化为电能的设备，其中的关键组件之一便是电极。
而乙醇燃料电池的电极反应式熔融碳酸盐则是一种被广泛应用于乙醇燃料电池电极中的材料。
电极反应式是乙醇燃料电池正极上发生的化学反应式，通过该反应可以将乙醇中的化学能转化为电能。
乙醇燃料电池的正极通常使用的是熔融碳酸盐作为电解质，它具有较高的电离度和热稳定性，能够在高温条件下稳定地传递离子。
熔融碳酸盐是一种固态电解质，具有类似液态电解质的高离子电导率。
它的工作温度通常在300-600摄氏度之间，因此乙醇燃料电池被称为高温燃料电池。
高温条件下，乙醇容易蒸发，并与氧气反应生成二氧化碳和水，从而释放出大量的能量。
乙醇燃料电池的正极反应式如下：C2H5OH + O2 → 2CO2 + 3H2O + 6e-在这个反应式中，乙醇被氧气氧化，生成二氧化碳和水，并释放出6个电子。
这些电子则通过外部电路传递，并在负极上与来自氢气的离子结合，生成水。
乙醇燃料电池电极的设计要考虑以下几个因素：1.电极的活性：电极的活性对电池的性能有着重要的影响。
活性越高，乙醇燃料电池的输出电压和功率就越大。
2.电极的稳定性：由于高温环境下乙醇燃料电池的使用，电极材料需要具有较好的热稳定性，以保证电极的长期稳定性和寿命。
3.电极-电解质界面的电子传递效率：电极材料需要具有良好的电子传递效率，以提高乙醇燃料电池的效率和响应速度。
目前，乙醇燃料电池电极反应式熔融碳酸盐主要应用于高温燃料电池系统中。
熔融碳酸盐具有较高的离子电导率和电子传导率，能够在高温条件下提供较低的内阻，有助于改善乙醇燃料电池的功率密度和效率。
此外，熔融碳酸盐还具有较好的化学稳定性，可以承受高温下的腐蚀和氧化反应，延长电极的使用寿命。
同时，熔融碳酸盐还能够促进氧化反应和还原反应之间的离子和电子传递，并改善乙醇燃料电池的电化学性能。
总结起来，乙醇燃料电池电极反应式熔融碳酸盐是一种被广泛应用于乙醇燃料电池电极中的材料。
燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的高效电池，其电极反应直接影响着电池的性能和稳定性。
而在燃料电池中，ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐作为一种重要的材料，在电极反应过程中发挥着重要作用。
让我们来了解一下什么是ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐。
在燃料电池中，使用熔融碳酸盐作为电解质的燃料电池被称为碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）。
ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐则是指在MCFC中使用甲烷（CH4）作为燃料，并通过电极反应将其转化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）的过程。
在ch4燃料电池中，电极反应式熔融碳酸盐的性质和反应机制对燃料电池的性能和稳定性至关重要。
这涉及到电极反应的速率、效率和稳定性等方面。
对熔融碳酸盐的性质和电极反应机制有深入的了解至关重要。
具体来说，熔融碳酸盐具有高离子导电性能和较低的固体电解质阻抗，这使得在高温条件下，燃料电池能够发挥出更高的性能。
而对于ch4电极反应来说，理论上它可以将甲烷直接氧化为CO2和H2O，并释放出电子，从而产生电能。
在ch4燃料电池中，电极反应的速率和效率直接影响着电池的功率密度和能量转化效率。
另外，熔融碳酸盐在反应过程中也会受到一些影响，比如碳偏析、金属沉积以及电极的稳定性等问题。
对于ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐的研究中，需要综合考虑材料的选择、电极结构的设计以及高温环境下的稳定性等方面的因素。
对于ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐的研究和理解，需要全面考虑材料性质、反应机制、电极结构以及高温环境下的稳定性等多个方面。
在未来，通过更深入的研究，可以进一步提高燃料电池的效率和稳定性，从而推动燃料电池技术的发展和应用。
对于我个人来说，我认为ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐作为燃料电池的重要组成部分，其研究和应用将对清洁能源技术产生深远的影响。
随着我对这一主题的深入研究和了解，我对燃料电池技术的前景和潜力有了更加全面、深刻和灵活的理解。
熔融碳酸盐燃料电池燃料电池简介一、发展过程燃料电池的原理始见于1839年Grove发表的氢和氧反应可发生电的论文,但长期未受到重视。
直到二十世纪六十年代适应宇航事业的需要才开始应用,并不惜工本开发出高性能的燃料电池。
1967年美国将它列人TARGET计划(天然气转换研究计划),着手开发以天然气为燃料的民用燃料电池发电,日本的大阪和东京煤气公司亦参与了这一计划。
七十年代这种污染少而发电效率高的技术受到了多方重视。
但除了磷酸盐型燃料电池开发较快外,熔融碳酸盐型燃料电池和固体电解质型燃料电池因难度很高,所需燃料氢的开发尚未很好解决,因而进展不快。
直到1981年列人日本月光计划中的大型节能技术项目后,除将磷酸盐型电池列人扩大试验和应用开发计划外,将碳酸盐型电池进行工业应用试验,固体电解质型电池则从基础研究开始,进行了长期系统的研究。
二、基本原理和特点l、基本原理是水电解后生成氢和氧的逆反应。
即氢和氧燃烧时所产生的吉布斯自由能直接变成电能。
由于不经过常规发电流程中的热能和机械能的转换环节,故发电效率较高,污染少。
2、它和一般蓄电池基本相似,由正极、电解质和负极等基本元件组成。
不同的是蓄电池用完后需通过充电来恢复功能,而它只要不断供人氢和氧就可不断发电。
开、停方便,适于做调峰负荷.3、扩大规模时只是将若干个基本元件组叠加和串接组合即可。
其效率不受规模大小的影响,故适于孤岛和生活区的独立电源。
4、由于反应温度高,可利用余热供热;用于生活民用时,还可简化送配电系统,减少转电损耗。
5、电池本体无可动部分,加上附属系统的整体可动件亦少,无噪音污染。
三、燃料电池的应用前景燃料电池用于军事、航天等尖端技术领域,经济上的考虑是第二位的,但作为地面商业化发电设备,目前的价格3000美元/kw远远高于国际上大型现代化电站建设价格(约1000美元/kw)。
不过,如果按目前的发展PAFC降到1500美元/kw,又考虑到传统发电设备所排放的N仪、05:的污染防治费用,也许燃料电池发电更为经济。
熔融k2co3燃料电池电极反应式熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC）是一种高温燃料电池，其电解质为熔融的碳酸盐，如碳酸钾（K₂CO₃）和碳酸锂（Li₂CO₃）。
这种燃料电池具有高效率、低污染和环境友好等特点，因此在能源转换和环保领域具有广阔的应用前景。
在熔融碳酸盐燃料电池中，电极反应式描述了燃料（通常是氢气或烃类）和氧化剂（通常是空气中的氧气）在电极上发生的电化学反应。
以下是熔融碳酸盐燃料电池的电极反应式：阳极（正极）反应式：在阳极，氢气（H₂）被氧化成水（H₂O）和二氧化碳（CO₂），同时释放电子（e⁻）给外电路。
这个过程中，二氧化碳会与熔融碳酸盐电解质中的碳酸根离子（CO₃²⁻）结合，生成碳酸氢根离子（HCO₃⁻）。
具体的电极反应式可以写为：H₂ + CO₃²⁻→ H₂O + HCO₃⁻ + 2e⁻阴极（负极）反应式：在阴极，氧气（O₂）得到来自外电路的电子（e⁻），被还原成氧离子（O²⁻）。
然后，氧离子与熔融碳酸盐电解质中的碳酸根离子（CO₃²⁻）结合，生成碳酸根离子（CO₂）和电子（e ⁻）。
具体的电极反应式可以写为：1/2 O₂ + CO₂ + 2e⁻→ CO₃²⁻总反应式：将阳极和阴极的反应式相加，可以得到熔融碳酸盐燃料电池的总反应式：H₂ + 1/2 O₂→ H₂O + CO₂这个总反应式表明，氢气在阳极被氧化成水，同时氧气在阴极被还原成二氧化碳，实现了氢气和氧气的电化学反应，并产生电能。
在熔融碳酸盐燃料电池中，电极反应式是描述燃料和氧化剂在电极上发生电化学反应的关键。
通过了解这些电极反应式，可以更好地理解熔融碳酸盐燃料电池的工作原理和性能特点，为其在能源转换和环保领域的应用提供指导。
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）一、MCFC概述1．1 燃料电池简述燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，结构如图1-1所示。
它的发电方式与常规的化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料(如氢)的氧化过程，阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程，导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成总的电回路。
在电池内这一化学能向电能的转化过程等温进行，即在燃料电池内，可在其操作温度下利用化学反应的自由能。
但是，燃料电池的工作方式又与常规的化学电源不同，它的燃料和氧化剂并非贮存在电池内。
同汽油发电机相似，它的燃料和氧化剂都贮存在电池之外的贮罐中。
当电池工作时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时排出一定的废热，以维持电池温度的恒定。
燃料电池本身只决定输出功率的大小，其贮能量则由燃料罐和氧化剂罐的贮量决定。
总体上，燃料电池具有以下特点：(l) 不受卡诺循环限制，能量转换效率高。
(2) 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。
(3) 环保问题少。
(4) 负荷应答速度快，运行质量高。
图 1-1 燃料电池结构示意图由于FC具有以上显著的优点，在50~60年代呈现第一个研制高峰，那时侧重于发展碱性FC，尽管后来未曾象预期的那样在交通工具及大型电厂获得应用，但是FC在航天飞行中取得的成功足以证明它所具有的突出优点。
70年代初，由于投资减少，FC研究进入低潮。
70年代末，由于材料科学的进展和世界性的能源紧缺，开发新的发电技术，提高石油、天然气和煤炭等矿物燃料的利用率又成为人们关注并具有深远意义的课题，这样FC研究又呈现第二个高潮，此时则侧重于发展磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。
现在，燃料电池作为继水力、火力和原子能之后的第四代电源止受到世界的瞩目。
1．2 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell，首字母缩写为MCFC)，通常被称为第二代燃料电池，因为预期它将继磷酸盐燃料电池之后进入商业化阶段。
乙醇燃料电池电极反应式熔融碳酸盐一、介绍乙醇燃料电池是一种利用乙醇作为燃料的电池，其电极反应式涉及到熔融碳酸盐。
本文将对乙醇燃料电池的电极反应式以及熔融碳酸盐进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、乙醇燃料电池的电极反应式乙醇燃料电池的电极反应式包括阳极和阴极两部分。
在阳极，乙醇被氧化生成二氧化碳、水和电子：1.乙醇氧化反应：C2H5OH + H2O → 2CO2 + 6H+ + 6e-2.在阴极，氧气被还原生成水：3/2O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O综合两个反应式可以得到乙醇燃料电池的整体反应式：C2H5OH + 3/2O2 → 2CO2 + 3H2O三、熔融碳酸盐熔融碳酸盐是一种高温电解质，广泛应用于高温燃料电池中。
它具有以下特点：1. 高离子传导性能熔融碳酸盐具有良好的离子传导性能，可以在高温下快速传递离子，提高电池的反应速率和效率。
2. 宽电化学窗口熔融碳酸盐具有宽广的电化学窗口，能够承受较高的电压，提高电池的输出电压和功率密度。
3. 良好的化学稳定性熔融碳酸盐在高温下具有良好的化学稳定性，不易分解或腐蚀电极材料，延长电池的使用寿命。
4. 高温操作熔融碳酸盐需要在高温下进行操作，通常工作温度在600-800摄氏度之间，这对电池的材料选择和设计提出了一定的挑战。
四、乙醇燃料电池中的熔融碳酸盐应用乙醇燃料电池中的熔融碳酸盐主要用作电解质，用于传递离子，促进乙醇的氧化反应和氧气的还原反应。
熔融碳酸盐可以提供高离子传导性能和宽电化学窗口，从而提高电池的效率和性能。
1. 电解质材料选择在乙醇燃料电池中，常用的熔融碳酸盐包括碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾等。
这些碱性碳酸盐具有良好的离子传导性能和化学稳定性，适合用作电池的电解质。
2. 温度控制由于熔融碳酸盐需要在高温下进行操作，电池需要配备相应的温控系统，以保持熔融碳酸盐在适宜的工作温度范围内。
温度的控制对电池的性能和寿命具有重要影响。
3. 材料兼容性熔融碳酸盐对电池材料的选择提出了一定的要求。
葡萄糖燃料电池熔融碳酸盐葡萄糖燃料电池是一种利用葡萄糖作为燃料的电池，它可以将葡萄糖中的化学能转化为电能。
而熔融碳酸盐则是葡萄糖燃料电池中常用的电解质材料。
本文将从葡萄糖燃料电池的原理、熔融碳酸盐的特性以及其在电池中的应用等方面进行探讨。
葡萄糖燃料电池的原理是通过将葡萄糖在阳极处氧化，产生电子和质子，电子流经外部负载形成电流，质子则穿过电解质传输到阴极处，与氧气发生还原反应形成水。
葡萄糖燃料电池具有高能量转化效率、低污染和可再生等特点，因此受到了广泛关注。
熔融碳酸盐是一类具有熔点较低的碳酸盐化合物，常见的有碳酸锂、碳酸钠等。
它们具有较好的离子传导性能和化学稳定性，能够提供较高的质子传输速率和较低的电阻。
因此，熔融碳酸盐被广泛应用于葡萄糖燃料电池中作为电解质材料。
在葡萄糖燃料电池中，熔融碳酸盐起到了关键的作用。
首先，它能够有效地传导质子，使得质子能够在阳极和阴极之间快速传输，提高电池的效率。
其次，熔融碳酸盐具有较低的电阻，可以降低电池的内阻，提高电池的输出功率。
此外，熔融碳酸盐还能够抑制阳极氧化反应的副反应，延长电池的使用寿命。
熔融碳酸盐作为电解质材料，还具有很好的热稳定性和化学稳定性。
在高温条件下，熔融碳酸盐仍然能够保持良好的离子传导性能，不会发生蒸发或分解等现象。
同时，熔融碳酸盐也具有较好的化学稳定性，能够抵抗酸碱等外界环境的影响，提高电池的使用寿命。
尽管熔融碳酸盐在葡萄糖燃料电池中具有许多优点，但也存在一些挑战和问题。
首先，熔融碳酸盐的熔点较高，需要较高的工作温度才能使其达到熔融状态，增加了电池的制造成本。
其次，熔融碳酸盐具有较高的粘度，会增加电池内部的电阻，降低电池的输出功率。
此外，熔融碳酸盐还存在着腐蚀性较大的问题，对电池材料和组件的稳定性提出了一定的要求。
为了克服上述问题，研究人员正在积极寻找新型的电解质材料，以提高葡萄糖燃料电池的性能。
例如，可以尝试使用固体氧化物燃料电池中常用的氧化物陶瓷电解质材料，如氧化锆、氧化钇稳定的碳酸盐等。
熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为
沈霞;方建慧;朱新坚;阎立诚;曹广益;陈念贻
【期刊名称】《应用科学学报》
【年(卷),期】2002(020)002
【摘要】对熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为作了初步研究.腐蚀产物的X 射线衍射分析、扫描电镜分析和离子分析表明其主要成分为NiFe2O4、LiFeO2、NiCr2O4等,同时进行了双极板和阳极的腐蚀动力学测量及腐蚀机理的初步探讨.研究结果表明熔融碳酸盐燃料电池双极板和阳极的热腐蚀速度均较快,腐蚀层较疏松,并且可能具有共腐蚀作用.
【总页数】3页(P218-220)
【作者】沈霞;方建慧;朱新坚;阎立诚;曹广益;陈念贻
【作者单位】上海大学,理学院化学系,上海,200436;上海大学,理学院化学系,上海,200436;上海交通大学,燃料电池研究所,上海,200030;上海大学,理学院化学系,上海,200436;上海交通大学,燃料电池研究所,上海,200030;上海大学,理学院化学系,上海,200436
【正文语种】中文
【中图分类】O645.3
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4.注Cr对质子交换膜燃料电池不锈钢双极板腐蚀行为的影响 [J], 丁立;赵建平;潘勇;李贺;疏小勇
5.质子交换膜燃料电池不锈钢双极板的腐蚀行为及其表面防护的研究进展 [J], 谭茜匀;王艳丽
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第20卷 第2期2002年6月应用科学学报JOU RNAL O F A PPL IED SC IEN CESV o l .20,N o.2June 2002 收稿日期:20010609; 修订日期:20010726作者简介:沈霞(1963),女,上海人,讲师;曹广益(1941),男,上海人,教授,博导;陈念贻(1931),男,广东番禺人,教授,博导. 文章编号:02558297(2002)02021803熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为沈 霞1,方建慧1,朱新坚2,阎立诚1,曹广益2,陈念贻1(1.上海大学理学院化学系,上海 200436;2.上海交通大学燃料电池研究所,上海 200030)摘 要:对熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为作了初步研究.腐蚀产物的X 射线衍射分析、扫描电镜分析和离子分析表明其主要成分为N iFe 2O 4、L iFeO 2、N i C r 2O 4等,同时进行了双极板和阳极的腐蚀动力学测量及腐蚀机理的初步探讨.研究结果表明熔融碳酸盐燃料电池双极板和阳极的热腐蚀速度均较快,腐蚀层较疏松,并且可能具有共腐蚀作用.关键词:熔融碳酸盐燃料电池;双极板;腐蚀中图分类号:O 645.3 文献标识码:AThe Corrosion Behav ior of the Separa tor i n M olten Carbona te Fuel CellSH EN X ia 1,FAN G J ian 2hu i 1,ZHU X in 2jian2YAN L i 2cheng 1,CAO Guang 2yi 2,CH EN N ian 2yi1(1.D ep art m ent of Che m istry ,S hanghai U niversity ,S hanghai 200436,Ch ina ;2.Institu te of F uel Cell ,S hanghai J iaotong U niversity ,S hanghai 200030,Ch ina )Abstract :T he co rro si on behavi o r of the separato r in m o lten carbonate fuel cells w as studied .X 2ray diffracti on (XRD )、scann ing electron m icrograp h s (SE M )and i on analysis w ere em p loyed to study the ho t co rro si on p roducts .It is show n that the ch ief com ponen ts of the co rro si on p roducts included N iFe 2O 4,L iFeO 2,N i C r 2O 4etc .M eanw h ile ,th rough the m easu rem en t of the co rro si on dynam ics of the b i po lar boards as w ell as the anode and the p reli m inary discu ssi on of the co rro 2si on m echan is m ,it is know n that their ho t co rro si on rate is relatively fast ,co rro si on layers are relatively loo se and there is po ssib ility that they have co 2co rro si on effect .Key words :m o lten carbonate fuel cell ;separato r ;co rro si on 熔融碳酸盐燃料电池(m o lten carbonate fuelcell ,M CFC )具有发电效率高、噪音低、污染小等优点,能充分利用能源和减少环境污染,是21世纪最有希望的绿色产业之一.由于电池运行温度较高,由熔融碳酸盐电解质引起的电池阳极、集流器、双极板(隔离板)材料等的热腐蚀是影响电池寿命的主要因素,它已严重阻碍了电池实用化,围绕这一问题各国学者已相应开展了不少研究,但迄今尚未得到很好解决.本文对熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为作了初步研究.1 熔融碳酸盐燃料电池内的腐蚀环境 熔融碳酸盐燃料电池的单体结构如图1所示,实验用双极板兼作电池集流板和隔离板,双极板材料采用国外普遍使用的SU S 316L 奥氏体不锈钢(质量分数为14N i 18C r 66Fe 2M o ),阳极为多孔N i 电极,燃料气体为H 2 CO 2(气体压力比:018 012),阴极为N i O 电极,氧化气体为CO 2 O 2(气体压力比:017 013),电解质组成为L i 2CO 3 K 2CO 3(m o l 分数图1 单体结构比:62 38),采用ΧL i A l O 2电解质作隔膜板.由于M CFC 是在高温且维持一定的压力下工作,在这样的环境中N i 阳极会发生蠕变和烧结而变形,厚度变薄.这种变形容易在阳极和电解质隔膜接触面上产生一定的应力,导致电解质隔膜受到这种应力作用及电池组装的压力作用而发生变形及断裂,从而使熔融碳酸盐电解质向双极板散逸,熔融电解质腐蚀性强,使阳极一侧的双极板会发生更为严重的热腐蚀现象.2 腐蚀产物分析 实验取样用的腐蚀双极板所用燃料电池实际运行时间为三周,把表面腐蚀产物刮削下作分析用.腐蚀产物的X 射线衍射分析结果如图2所示,实验采用理光D m ax III C 型X 射线衍射仪,在40kV 、30mA 、Cu 靶、石墨单色器条件下进行.与相关标准图谱对照分析可知,腐蚀产物主要为N iFe 2O 4、L iFeO 2、N i C r 2O 4等.图2 腐蚀产物XRD 谱图 腐蚀产物的SE M 形貌图如图3所示,结果表明表面腐蚀产物较为疏松.对腐蚀产物作进一步分析,在腐蚀产物中滴加1∶1溶液,有少量气泡产生,说明有渗漏的碳酸图3 腐蚀表面SE M 形貌图盐,腐蚀产物部分溶解,生成黄绿色溶液及棕褐色粉末.该棕褐色粉末亦不能完全溶解于2∶1HNO 3+HC l 混合酸,对该棕褐色粉末作进一步X 射线衍射分析,结果显示其主要结构成分没有变化,即腐蚀产物主要为不易溶于酸的氧化物及其化合物.对黄绿色溶液作离子检测,其中加入有机沉淀剂丁二酮肟,在碱性条件下生成鲜红色沉淀,说明有N i 2+离子生成;加入试剂KSCN ,溶液变成血红色,则同样说明腐蚀产物溶于酸后有Fe 3+离子生成.C r 2O 3不易溶于酸,另取1份腐蚀产物和6份1∶2KNO 3+N a 2CO 3熔融后冷却,上层呈含铬离子特征的黄色,加水溶解生成黄绿色溶液和少量黑色粉末,在溶液中滴加HA c 溶液至酸性,再滴加A gNO 3试剂生成A g 2C r O 4红褐色沉淀,说明腐蚀产物中确含有C r 2O 3及其化合物.以上离子分析结果与可能腐蚀产物N iFe 2O 4、L iFeO 2、N i C r 2O 4及C r 2O 3、N i O 、Fe 2O 3的物性是相符合的.3 腐蚀动力学测定 实验用工作熔盐为L i 2CO 3(m o l 分数:62)K 2CO 3(m o l 分数:38),在650℃空气气氛下,将SU S 316L 双极板及纯N i 电极试样浸入熔融碳酸盐中,每隔一定时间后将试样取出,用热蒸馏水清洗掉试样表面残留盐并经烘干处理后,测量试样重量变化.实验结果显示,双极板腐蚀表现为失重现象,有明显的黑灰色粉末溶出,经3天后实验测定,表面变为粗糙,其失重近达6m g c m 2.而阳极N i 腐蚀表现为增重现象,其3天的腐蚀增重近达5m g c m 2,表面912 2期 沈 霞等:熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为 腐蚀产物较为疏松,将其腐蚀产物作X射线衍射分析发现有N iFe2O4和N i C r2O4成分.4 结论 通过对熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀产物的X射线衍射分析、SE M形貌分析和离子定性分析表明,腐蚀产物主要成分为N iFe2O4、L iFeO2、N i C r2O4及C r2O3、N i O、Fe2O3等.同时对双极板和阳极的腐蚀动力学测量及腐蚀机理的初步探讨,研究结果表明熔融碳酸盐燃料电池双极板与阳极的热腐蚀速度均较快,腐蚀层较疏松;其腐蚀首先生成相关氧化物C r2O3、N i O、Fe2O3等,进一步产生共腐蚀作用生成相应化合物N iFe2O4、L iFeO2、N i C r2O4等.参考文献:[1] 曾潮流,张鉴清.熔融碳酸盐燃料电池[J].腐蚀科学与防护技术,1993,5(4):291296.[2] 李乃朝,衣宝廉.熔盐燃料电池材料与技术[J].电化学,1997,3(4):362370.[3] 阎立诚,等.碳酸盐熔盐燃料电池的N i O阴极溶解[J].中国有色金属学报,2000,10(1):9294.[4] 王文,曾潮流,等.N i在熔融(L i,K)2CO3中的腐蚀行为[J].腐蚀科学与防护技术,1999,11(6):351355.[5] 方百增,等.熔融碳酸盐燃料电池阳极材料表面改性[J].电化学,1997,3(2):143147.[6] 藤田洋司,等.M CFC用金属部材の腐食と电解质の消耗について[J].溶融 およぴ高温化学,1995,38(3):259268. 下期发表论文摘要预报扩频码双级快速捕获系统设计及性能分析王家勇,陈寅健,梁旭文,杨根庆(中国科学院上海小卫星工程部,上海 200050)摘 要:本文提出了一种改进的伪随机码双级快速捕获系统.前级捕获机构采用匹配滤波器,通过1bit量化解决常规匹配滤波器硬件复杂、功耗大的问题;后级捕获采用相关器组,长相关积分时间以减少虚警概率,相关器组由多个独立的相关器组成,目的是减少后级相关器的阻塞概率.基于通信网络中的排队论,研究该双级捕获系统的捕获性能,优化系统结构参数.最后给出了捕获系统性能结果.该捕获系统适用于移动卫星突发扩频通信中.022应用科学学报20卷 。
第20卷 第2期2002年6月应用科学学报JOU RNAL O F A PPL IED SC IEN CESV o l .20,N o.2June 2002 收稿日期:20010609; 修订日期:20010726作者简介:沈霞(1963),女,上海人,讲师;曹广益(1941),男,上海人,教授,博导;陈念贻(1931),男,广东番禺人,教授,博导. 文章编号:02558297(2002)02021803熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为沈 霞1,方建慧1,朱新坚2,阎立诚1,曹广益2,陈念贻1(1.上海大学理学院化学系,上海 200436;2.上海交通大学燃料电池研究所,上海 200030)摘 要:对熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为作了初步研究.腐蚀产物的X 射线衍射分析、扫描电镜分析和离子分析表明其主要成分为N iFe 2O 4、L iFeO 2、N i C r 2O 4等,同时进行了双极板和阳极的腐蚀动力学测量及腐蚀机理的初步探讨.研究结果表明熔融碳酸盐燃料电池双极板和阳极的热腐蚀速度均较快,腐蚀层较疏松,并且可能具有共腐蚀作用.关键词:熔融碳酸盐燃料电池;双极板;腐蚀中图分类号:O 645.3 文献标识码:AThe Corrosion Behav ior of the Separa tor i n M olten Carbona te Fuel CellSH EN X ia 1,FAN G J ian 2hu i 1,ZHU X in 2jian2YAN L i 2cheng 1,CAO Guang 2yi 2,CH EN N ian 2yi1(1.D ep art m ent of Che m istry ,S hanghai U niversity ,S hanghai 200436,Ch ina ;2.Institu te of F uel Cell ,S hanghai J iaotong U niversity ,S hanghai 200030,Ch ina )Abstract :T he co rro si on behavi o r of the separato r in m o lten carbonate fuel cells w as studied .X 2ray diffracti on (XRD )、scann ing electron m icrograp h s (SE M )and i on analysis w ere em p loyed to study the ho t co rro si on p roducts .It is show n that the ch ief com ponen ts of the co rro si on p roducts included N iFe 2O 4,L iFeO 2,N i C r 2O 4etc .M eanw h ile ,th rough the m easu rem en t of the co rro si on dynam ics of the b i po lar boards as w ell as the anode and the p reli m inary discu ssi on of the co rro 2si on m echan is m ,it is know n that their ho t co rro si on rate is relatively fast ,co rro si on layers are relatively loo se and there is po ssib ility that they have co 2co rro si on effect .Key words :m o lten carbonate fuel cell ;separato r ;co rro si on 熔融碳酸盐燃料电池(m o lten carbonate fuelcell ,M CFC )具有发电效率高、噪音低、污染小等优点,能充分利用能源和减少环境污染,是21世纪最有希望的绿色产业之一.由于电池运行温度较高,由熔融碳酸盐电解质引起的电池阳极、集流器、双极板(隔离板)材料等的热腐蚀是影响电池寿命的主要因素,它已严重阻碍了电池实用化,围绕这一问题各国学者已相应开展了不少研究,但迄今尚未得到很好解决.本文对熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为作了初步研究.1 熔融碳酸盐燃料电池内的腐蚀环境 熔融碳酸盐燃料电池的单体结构如图1所示,实验用双极板兼作电池集流板和隔离板,双极板材料采用国外普遍使用的SU S 316L 奥氏体不锈钢(质量分数为14N i 18C r 66Fe 2M o ),阳极为多孔N i 电极,燃料气体为H 2 CO 2(气体压力比:018 012),阴极为N i O 电极,氧化气体为CO 2 O 2(气体压力比:017 013),电解质组成为L i 2CO 3 K 2CO 3(m o l 分数图1 单体结构比:62 38),采用ΧL i A l O 2电解质作隔膜板.由于M CFC 是在高温且维持一定的压力下工作,在这样的环境中N i 阳极会发生蠕变和烧结而变形,厚度变薄.这种变形容易在阳极和电解质隔膜接触面上产生一定的应力,导致电解质隔膜受到这种应力作用及电池组装的压力作用而发生变形及断裂,从而使熔融碳酸盐电解质向双极板散逸,熔融电解质腐蚀性强,使阳极一侧的双极板会发生更为严重的热腐蚀现象.2 腐蚀产物分析 实验取样用的腐蚀双极板所用燃料电池实际运行时间为三周,把表面腐蚀产物刮削下作分析用.腐蚀产物的X 射线衍射分析结果如图2所示,实验采用理光D m ax III C 型X 射线衍射仪,在40kV 、30mA 、Cu 靶、石墨单色器条件下进行.与相关标准图谱对照分析可知,腐蚀产物主要为N iFe 2O 4、L iFeO 2、N i C r 2O 4等.图2 腐蚀产物XRD 谱图 腐蚀产物的SE M 形貌图如图3所示,结果表明表面腐蚀产物较为疏松.对腐蚀产物作进一步分析,在腐蚀产物中滴加1∶1溶液,有少量气泡产生,说明有渗漏的碳酸图3 腐蚀表面SE M 形貌图盐,腐蚀产物部分溶解,生成黄绿色溶液及棕褐色粉末.该棕褐色粉末亦不能完全溶解于2∶1HNO 3+HC l 混合酸,对该棕褐色粉末作进一步X 射线衍射分析,结果显示其主要结构成分没有变化,即腐蚀产物主要为不易溶于酸的氧化物及其化合物.对黄绿色溶液作离子检测,其中加入有机沉淀剂丁二酮肟,在碱性条件下生成鲜红色沉淀,说明有N i 2+离子生成;加入试剂KSCN ,溶液变成血红色,则同样说明腐蚀产物溶于酸后有Fe 3+离子生成.C r 2O 3不易溶于酸,另取1份腐蚀产物和6份1∶2KNO 3+N a 2CO 3熔融后冷却,上层呈含铬离子特征的黄色,加水溶解生成黄绿色溶液和少量黑色粉末,在溶液中滴加HA c 溶液至酸性,再滴加A gNO 3试剂生成A g 2C r O 4红褐色沉淀,说明腐蚀产物中确含有C r 2O 3及其化合物.以上离子分析结果与可能腐蚀产物N iFe 2O 4、L iFeO 2、N i C r 2O 4及C r 2O 3、N i O 、Fe 2O 3的物性是相符合的.3 腐蚀动力学测定 实验用工作熔盐为L i 2CO 3(m o l 分数:62)K 2CO 3(m o l 分数:38),在650℃空气气氛下,将SU S 316L 双极板及纯N i 电极试样浸入熔融碳酸盐中,每隔一定时间后将试样取出,用热蒸馏水清洗掉试样表面残留盐并经烘干处理后,测量试样重量变化.实验结果显示,双极板腐蚀表现为失重现象,有明显的黑灰色粉末溶出,经3天后实验测定,表面变为粗糙,其失重近达6m g c m 2.而阳极N i 腐蚀表现为增重现象,其3天的腐蚀增重近达5m g c m 2,表面912 2期 沈 霞等:熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀行为 腐蚀产物较为疏松,将其腐蚀产物作X射线衍射分析发现有N iFe2O4和N i C r2O4成分.4 结论 通过对熔融碳酸盐燃料电池双极板的热腐蚀产物的X射线衍射分析、SE M形貌分析和离子定性分析表明,腐蚀产物主要成分为N iFe2O4、L iFeO2、N i C r2O4及C r2O3、N i O、Fe2O3等.同时对双极板和阳极的腐蚀动力学测量及腐蚀机理的初步探讨,研究结果表明熔融碳酸盐燃料电池双极板与阳极的热腐蚀速度均较快,腐蚀层较疏松;其腐蚀首先生成相关氧化物C r2O3、N i O、Fe2O3等,进一步产生共腐蚀作用生成相应化合物N iFe2O4、L iFeO2、N i C r2O4等.参考文献:[1] 曾潮流,张鉴清.熔融碳酸盐燃料电池[J].腐蚀科学与防护技术,1993,5(4):291296.[2] 李乃朝,衣宝廉.熔盐燃料电池材料与技术[J].电化学,1997,3(4):362370.[3] 阎立诚,等.碳酸盐熔盐燃料电池的N i O阴极溶解[J].中国有色金属学报,2000,10(1):9294.[4] 王文,曾潮流,等.N i在熔融(L i,K)2CO3中的腐蚀行为[J].腐蚀科学与防护技术,1999,11(6):351355.[5] 方百增,等.熔融碳酸盐燃料电池阳极材料表面改性[J].电化学,1997,3(2):143147.[6] 藤田洋司,等.M CFC用金属部材の腐食と电解质の消耗について[J].溶融 およぴ高温化学,1995,38(3):259268. 下期发表论文摘要预报扩频码双级快速捕获系统设计及性能分析王家勇,陈寅健,梁旭文,杨根庆(中国科学院上海小卫星工程部,上海 200050)摘 要:本文提出了一种改进的伪随机码双级快速捕获系统.前级捕获机构采用匹配滤波器,通过1bit量化解决常规匹配滤波器硬件复杂、功耗大的问题;后级捕获采用相关器组,长相关积分时间以减少虚警概率,相关器组由多个独立的相关器组成,目的是减少后级相关器的阻塞概率.基于通信网络中的排队论,研究该双级捕获系统的捕获性能,优化系统结构参数.最后给出了捕获系统性能结果.该捕获系统适用于移动卫星突发扩频通信中.022应用科学学报20卷 。
