晶界对二氧化铈中氧离子自扩散及导电性能的影响

发布时间：2023-04-29 02:04

　　固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC),是一种在中低温条件下直接与氧化剂发生反应,环境友好地将储存在燃料中的化学能直接转化成电能的全固态化学发电装置。由于全固态氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转化效率高、全固态易保存、模块化生产组装、零化学污染等优点,因此受到了广泛的关注,具有广阔的应用前景。但由于全固态氧化物电解质中氧离子的释放及扩散率较低,离子电导率有待提高,导致固态燃料电池的发展和应用受到限制。针对上述问题,本文通过第一性原理和分子动力学方法,研究了扭转晶界缺陷、倾斜界缺陷、材料晶粒度以及磷元素掺杂对固体电解质材料二氧化铈中氧离子的扩散及其离子导电性能的影响。计算结果表明晶粒度为2 nm、3 nm、4 nm,5 nm的二氧化铈多晶结构模型中的氧离子扩散率分别比二氧化铈单晶结构高53.7%、16.9%、6.3%,3.1%。在1200 K温度下,晶粒度分别为2 nm、3 nm、4 nm,5 nm的二氧化铈多晶结构模型中的离子电导率比二氧化铈单晶结构高39.8%、25.5%、11.4%,2.5%。晶粒度为2 nm、3 nm、4 nm,5 nm...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池的工作原理及分类
        1.2.1 燃料电池的工作原理
        1.2.2 燃料电池的分类
    1.3 燃料电池电解质研究现状
        1.3.1 氧离子传导型电解质
        1.3.2 质子传导型电解质
        1.3.3 复合电解质
    1.4 固体电解质材料的研究现状
    1.5 固体氧化物燃料电池的研究发展
    1.6 本文的研究目的及主要研究内容
第2章 多晶CeO₂中O2
-扩散行为的研究
    2.1 结构建模与计算方法
        2.1.1 单晶及多晶模型建立
        2.1.2 势函数的选取及计算方法和参数
        2.1.3 均方位移、扩散激活能及氧离子电导率的计算方法
    2.2 单晶CeO₂中O2
-扩散的扩散行为研究
        2.2.1 均方位移
        2.2.2 自扩散系数
        2.2.3 扩散激活能
        2.2.4 氧离子电导率
    2.3 多晶CeO₂中O2
-扩散的扩散行为研究
        2.3.1 均方位移
        2.3.2 扩散系数
        2.3.3 扩散激活能
        2.3.4 氧离子电导率
    2.4 小结
第3章 Σ5扭转晶界对CeO₂中O2
-扩散的影响
    3.1 Σ5扭转晶界的建立
    3.2 Σ5扭转晶界对氧离子扩散的影响
        3.2.1 Σ5扭转晶界的晶间扩散模式分析
        3.2.2 Σ5扭转晶界对均方位移及扩散激活能的影响
        3.2.3 Σ5扭转晶界对氧离子电导率的影响
    3.3 小结
第4章 Σ5(210)[001]晶界对CeO₂中O2
-扩散的影响
    4.1 Σ5(210)[001]晶界的建立
    4.2 Σ5(210)[001]晶界对CeO₂中氧离子的扩散影响
        4.2.1 Σ5(210)[001]晶界的晶间扩散模式分析
        4.2.2 Σ5(210)[001]晶界对均方位移及扩散激活能的影响
        4.2.3 Σ5(210)[001]晶界对氧离子电导率的影响
    4.3 小结
第5章 掺杂对CeO₂中电子行为的影响
    5.1 引言
    5.2 结构建模与计算方法
        5.2.1 结构建模
        5.2.2 电子能带结构计算
    5.3 电导率计算
    5.4 磷元素掺杂对CeO₂态密度的影响
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3804937