X射线成像技术原位研究运行状态下固体氧化物燃料电池性能衰退机理
结题报告
批准号:
11775224
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
关勇
依托单位:
学科分类:
A3009.光束线技术与实验方法
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨远俊、杜学维、李明、熊瑛、李法虎、刘健宏、于德海、刘达林
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中文摘要
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、环境友好的能源转换装置,其性能与其电极结构密切相关。但是,受电池原位研究条件不足的制约,电极微结构实时演化规律仍不清楚。本项目拟利用北京高能所同步辐射实验室的硬X射线成像系统,发展原位成像技术,实时观察电极结构的演变信息,研究运行状态下电池电极微结构演变(孔隙率、曲折因子、颗粒尺寸、联通性和三相界面长度等)和运行条件(工作温度、运行时间、气氛、极化电动势等)的关系,发展多场耦合数值模型,基于重构数据模拟分析电极微结构演变与电池性能的关系,从微结构演变规律、数值模拟结果和电性能变化三方面深入阐述运行状态下电池老化机理,建立SOFC性能衰退的理论模型,为SOFC运行寿命的准确预测建立理论基础。
英文摘要
The microstructures of electrodes are critical for solid oxide fuel cells (SOFCs), which are environmentally friendly devices that converse chemical energy of various fuels to electrical energy with high efficiency and low greenhouse gas emission. However, details of the microstructural real-time evolutions of the electrode under long term operation are still not clear to the SOFC society due to the lack of in situ microstructure investigation. This project will develop in situ imaging technique based on hard X-ray nano computed tomography (nano-CT) at the Beijing Synchrotron Radiation Facility to observe the gradual microstructure change of the electrodes during operation and perform detailed microstructural analysis to study the relationship between microstructural evolutions (porosity, tortuosity, particle size and connectivity, TPB length et al ) and operational conditions(operational temperature, operational time, atmosphere, polarized electromotive force ). Developing multi-field coupling numerical model to model and analyze the relationship between microstructural evolutions and SOFC performance based on reconstruction data. Using microstructural evolution processes, the results of numerical simulation and electrical performance change to understand the aging mechanism of SOFC and build theoretical model of SOFC performance degradation, which can be used to build a theoretical basis for precisely predicting the operational life of SOFC. Such prediction is critical in improving the operational life of SOFCs.
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、环境友好的能源转换装置,其性能与其电极结构密切相关。但是,受电池原位研究条件不足的制约,电极微结构演化规律仍不清楚。本项目拟发展原位成像技术观察电极结构的演变信息,研究运行状态下电池电极微结构演变和运行条件的关系,发展多场耦合数值模型,基于重构数据模拟分析电极微结构演变与电池性能的关系。依托本项目支撑发展了数据重构及分析方法,为课题的大数据定量分析提供了一个有力的工具;将X射线显微和谱学成像技术结合起来发展了X射线谱学显微成像方法,从而实现样品三维结构、元素分布及化学价态等多种信息的获取,这为电池的结构性能表征提供了一个有力的工具;研制了原位成像装置,利用微纳加工技术制备具有X射线高透过性的氮化硅窗口的上下芯片,已经得到初步的测试数据结果;利用X射线纳米CT成像技术获得SOFC阳极样品在运行2h 和20h 后的三维结构,并在原有研究基础上,利用LBM方法模拟研究增加离子传输对阳极电化学反应的影响,获得阳极内氢气、水的浓度分布和氧离子电流密度分布,基于真实的实验数据建立相关模型研究了样品结构信息和性能的关系,利用实验数据与数值模拟结果相结合的方法在微观层次上阐述电极的老化机理,为优化电极微结构及电池运行条件提供直接指导,对提高电池性能有重要意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.010102
发表时间:2019
期刊:核技术
影响因子:--
作者:于德海;魏文彬;刘健宏;关勇
通讯作者:关勇
Regulating the synthesis rate and yield of bio-assembled FeS nanoparticles for efficient cancer therapy
调节生物组装 FeS 纳米粒子的合成速率和产量以实现有效的癌症治疗
DOI:10.1039/d1nr03591f
发表时间:2021-10-11
期刊:NANOSCALE
影响因子:6.7
作者:Dang, Zheng;Guan, Yong;Tian, Yang-Chao
通讯作者:Tian, Yang-Chao
Quantitative imaging of Candida utilis and its organelles by soft X-ray Nano-CT
软X射线Nano-CT对产朊假丝酵母及其细胞器的定量成像
DOI:10.1111/jmi.12650
发表时间:2018-04-01
期刊:JOURNAL OF MICROSCOPY
影响因子:2
作者:Liu, J.;Li, F.;Tian, Y.
通讯作者:Tian, Y.
Strain engineering on the metal-insulator transition of VO2/TiO2 epitaxial films dependent on the strain state of vanadium dimers
VO2/TiO2 外延膜金属-绝缘体转变的应变工程取决于钒二聚体的应变状态
DOI:10.1063/1.5121876
发表时间:2019-12-16
期刊:APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子:4
作者:Hong, Bin;Yang, Yuanjun;Gao, Chen
通讯作者:Gao, Chen
A modified discrete tomography for improving thereconstruction of unknown multi-gray-level material in the 'missing wedge' situation
改进的离散断层扫描,用于改善“楔形缺失”情况下未知多灰度材料的重建
DOI:10.1107/s1600577518013681
发表时间:2018-11-01
期刊:JOURNAL OF SYNCHROTRON RADIATION
影响因子:2.5
作者:Liu, Jianhong;Liang, Zhiting;Tian, Yangchao
通讯作者:Tian, Yangchao
基于同步辐射成像技术的大气细颗粒物单颗粒表征及其毒性机理研究
  • 批准号:
    12375330
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    关勇
  • 依托单位:
基于X射线成像技术的固体氧化物燃料电池电极微结构演变与性能衰退关联研究
  • 批准号:
    11405175
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    关勇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金