Ti掺杂Ni-YSZ阳极在SOFC性能研究

"以Ti部分替代Ni的Ni-YSZ阳极性能研究" 本文主要探讨了在固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）中，如何通过以钛（Ti）部分替代镍（Ni）来优化Ni-YSZ阳极的性能。Ni-YSZ阳极通常用于催化碳氢燃料的重整反应，但这个吸热过程会导致阳极区域产生显著的温度梯度。研究人员使用全三维数学模型来量化分析不同Ni含量对SOFC性能的影响，包括温度场、组分分布以及输出电压。 研究发现，当Ni的含量超过40%时，电池内部的最大温度差与Ni含量呈线性关系，意味着Ni含量越高，温度梯度越大。而当Ni含量低于40%时，最大温度差的下降速率加快，有助于改善温度分布。此外，甲烷在阳极中的位置与Ni含量几乎呈线性关系，而氢气的最大摩尔分数随Ni含量的减少而降低，降幅逐渐增大。这意味着降低Ni含量可以减少重整反应的强度，从而控制反应速度和产生的热量。 随着Ni含量的减少，SOFC的输出电压也会相应降低，这是因为Ni的催化活性与电池的电化学性能密切相关。因此，调整Ni的含量能够平衡催化活性和温度管理，以提高燃料电池的工作效率和稳定性。 Ti的掺入被证实可以提高阳极的导电性，同时，由于其较低的催化活性，可以缓解积碳和硫中毒的问题。相比于Ni，Ti或Cu等金属的惰性使其在高氧分压下更稳定，这为设计更加耐用和高效的阳极提供了可能。 总结起来，该研究强调了通过材料成分调控优化SOFC性能的重要性，特别是对于Ni-YSZ阳极，适当降低Ni的含量并引入Ti，可以有效控制温度梯度，提高燃料电池的运行效率，并减少对Ni的依赖，降低了催化剂中毒的风险。这对于推动固体氧化物燃料电池在实际应用中的发展具有重要意义。