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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 电堆的高温密封及其界面1

1.3 电堆连接板的高温界面及其防护2

1.4 电堆部件的高温界面2

1.5 小结4

参考文献4

第2章 电堆密封的高温界面及其应用验证7

2.1 引言7

2.2 单体电池密封材料特性与工艺7

2.2.1 密封工艺设定依据8

2.2.2 密封性能验证9

2.3 电堆用Al2O3-Si2O-CaO基密封材料10

2.3.1 密封材料的运行温度确定10

2.3.2 密封材料与相邻部件的界面形貌11

2.3.3 密封材料在电堆中的性能验证12

2.4 Al2O3-Si2O-CaO基密封材料优化及其应用14

2.4.1 优化后的密封材料特性14

2.4.2 在SOFC电堆中的应用验证15

2.5 小结18

参考文献18

第3章 电堆连接板的高温界面、防护及其应用19

3.1 引言19

3.2 稳态和热循环下连接板的高温导电与氧化性能19

3.2.1 高温导电与氧化表征方法19

3.2.2 稳态运行条件下连接板的导电与氧化性能20

3.2.3 热循环条件下连接板的导电与氧化性能22

3.2.4 Fe-16Cr连接板在电堆中的应用24

3.3 Ni-Cr/LSM复合涂层的高温防护及其应用27

3.3.1 Ni-Cr/LSM复合涂层的制备27

3.3.2 Ni-Cr/LSM复合涂层的高温电阻28

3.3.3 Ni-Cr/LSM复合涂层的界面结构30

3.3.4 Ni-Cr/LSM复合涂层在电堆连接板中的应用32

3.4 小结33

参考文献33

第4章 电堆中电池阴极高温界面及其特性的原位表征35

4.1 引言35

4.2 电池电阻的来源及其定量贡献35

4.2.1 超薄电压引线的埋入方法35

4.2.2 电池瞬态放电运行下电阻的来源37

4.2.3 电池稳态放电运行下电阻的来源39

4.2.4 电池电阻变化的本征原因42

4.3 电池阴极材料特性及其高温界面的作用区分45

4.3.1 电池瞬态运行下阴极材料特性的作用规律45

4.3.2 电池瞬态运行下阴极材料特性的贡献区分48

4.3.3 电池稳态运行电池阴极材料特性的作用规律49

4.3.4 阴极材料特性对电池输出性能作用的机理50

4.4 小结54

参考文献55

第5章 电堆中电池阳极的高温界面及其运行特性57

5.1 引言57

5.2 电池阳极的运行特性与工况优化57

5.2.1 支撑阳极的制备与还原工艺设定57

5.2.2 恒温还原条件下电池阳极的特性及其微观结构58

5.2.3 升温还原条件下电池阳极的特性及其微观结构61

5.3 支撑阳极在不同还原工艺下对电池性能的作用规律64

5.3.1 支撑阳极引线埋入方法及还原环境与装置设计64

5.3.2 不同还原过程下电池输出性能的规律65

5.3.3 不同还原过程下电池阳极结构的变化机理66

5.4 不同极化区间运行下的阳极特性及其电池性能72

5.4.1 活化极化区间运行72

5.4.2 浓差极化区间运行75

5.4.3 欧姆极化区间运行78

5.4.4 不同极化区间运行下的阳极微观结构80

5.5 小结81

参考文献82

第6章 电堆部件从二维到三维的界面设计与验证84

6.1 引言84

6.2 电堆中二维界面接触下电池输出性能的变化规律84

6.2.1 二维界面接触方式的设计84

6.2.2 界面二维接触方式下电池输出性能的变化规律86

6.2.3 二维界面结构的改进及其对电池输出性能的提高87

6.2.4 界面二维接触作用中的三维接触贡献90

6.2.5 从二维界面到三维界面改进后作用效果增大的机理91

6.3 从二维到三维界面接触的调控设计及其定量贡献区分93

6.3.1 二维与三维界面的调控设计93

6.3.2 二维接触对电池瞬态输出性能的定量影响规律95

6.3.3 二维接触对电池稳态输出性能的定量影响规律98

6.3.4 三维接触对电池瞬态性能的定量影响规律100

6.3.5 三维接触对电池稳态性能的定量影响规律103

6.3.6 从二维到三维界面接触的作用区别105

6.4 小结106

参考文献107

第7章 电堆部件及高温界面对电池输出性能的定量贡献109

7.1 引言109

7.2 电堆性能变化的部件及其界面作用的影响因素109

7.2.1 电堆稳态运行条件下电池性能衰减的因素110

7.2.2 电堆热循环运行条件下电池性能衰减的因素116

7.3 电堆部件与界面影响电池性能的定量规律与机理120

7.3.1 定量研究的表征设计120

7.3.2 瞬态运行下的电堆部件及其界面因素的定量贡献121

7.3.3 稳态运行下的电堆部件及其界面因素的定量贡献125

7.3.4 电堆中部件及其界面引起电池性能变化的本质128

7.4 小结131

参考文献133

第8章 电堆高温界面阴极电子收集材料的作用本质135

8.1 引言135

8.2 电子收集材料的特性及其作用区分135

8.2.1 区分方法设计135

8.2.2 电导率与黏结力的测量136

8.2.3 电子收集材料特性作用区分在电堆中的验证140

8.3 电子收集材料特性在电堆中发挥作用的内在本质144

8.3.1 电子收集材料发挥作用内在本质的探究设计144

8.3.2 电堆中有、无电子收集材料电池的输出性能对比145

8.3.3 电子收集材料改善电堆输出性能的内在本质148

8.4 电堆部件阴极侧界面处的电子传递特性153

8.4.1 电子传递路径设计与测定方法153

8.4.2 电子传递特性及其方向的实验预测155

8.4.3 电子传递特性及其方向的实验测量159

8.5 小结159

参考文献161

第9章 电堆部件高温界面三维集成及kW级热区163

9.1 引言163

9.2 电堆三维集成过程中可能遇到的问题163

9.2.1 单体电池的碎裂163

9.2.2 电堆运行电压突然下降问题165

9.2.3 电堆中的负电压现象165

9.2.4 电堆的运行电压评估167

9.2.5 电堆模块化问题167

9.2.6 空气半开放式结构电堆模块化169

9.3 模块化电堆性能的差距查找与优化170

9.3.1 差距寻找的方法设计171

9.3.2 直接组装表征的电堆性能171

9.3.3 差距的缩小及其验证175

9.4 kW级电堆热区的集成与演示176

9.4.1 1kW电堆热区的集成与演示176

9.4.2 2kW电堆热区的集成及演示179

9.4.3 5kW电堆热区的集成与演示181

9.4.4 10kW电堆热区的集成与演示183

9.4.5 电堆热区演示失败案例与解决措施186

9.5 小结189

参考文献190

第10章 电堆及其阵列性能急剧衰减界面处的温度因素193

10.1 引言193

10.2 温度表征方法193

10.3 运行参数与温度变化规律195

10.4 电池短堆到标准电堆到电堆阵列的界面温度200

10.4.1 瞬态放电过程中电堆阴极侧界面处的出口温度200

10.4.2 稳态放电过程中电堆阴极侧界面处的出口温度202

10.4.3 电堆阵列各部位不同状态下对应界面的出口温度204

10.5 小结206

参考文献207

第11章 展望208

参考文献210

附录 NIMTE团队电堆相关研究论文212

作者后记214

编后记215