固體氧化物燃料電池陰極材料PrBaCo2O5+δ的改性研究.pdf

1、燃料電池是21世紀(jì)最有希望的新一代綠色能源動力系統(tǒng)，有希望應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、一般家庭電源、動力汽車等各方面，有助于緩解全球能源危機和環(huán)境污染等問題。燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，能量轉(zhuǎn)化率高、環(huán)境污染少。固體氧化物燃料電池是其中的一種，其電極材料和電解質(zhì)材料均為固體，可選材料豐富，適用范圍廣。
　　本論文以中溫固體氧化物燃料電池為背景，選取具有離子-電子混合電導(dǎo)特點的PrBaCo2O5+δ材料為研究對象，以提高

2、該陰極材料綜合性能為目的，系統(tǒng)研究了Ni摻雜以及Sr/Ni復(fù)合摻雜對陰極材料PrBaCo2O5+δ的結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)以及電池性能的影響。
　　采用EDTA-檸檬酸溶膠凝膠法制備了PrBaCo2-xNixO5+δ（x=0、0.1、0.2、0.3）和PrBa0.5Sr0.5Co2-xNixO5+δ（x=0、0.1、0.2、0.3）2個系列陰極材料。XRD測試結(jié)果表明，經(jīng)過1000℃空氣煅燒5 h后的PrBaCo2-xNixO5

3、+δ系列材料為四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，空間群為P4/mmm；而PrBa0.5Sr0.5Co2-xNixO5+δ系列材料為正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，空間群為Pmmm。150 MPa下壓制的陰極片經(jīng)過1100℃空氣燒結(jié)10 h后結(jié)構(gòu)致密，采用直流四電極法測試其電導(dǎo)率，結(jié)果顯示，經(jīng)過 Ni摻雜和 Sr/Ni復(fù)合摻雜材料的電導(dǎo)率均比未用Ni摻雜材料的電導(dǎo)率高，當(dāng)x=0.1時電導(dǎo)率最高，隨著Ni含量的繼續(xù)增加電導(dǎo)率逐漸降低。PrBaCo1.9Ni0.1O5+δ在4

4、00℃的電導(dǎo)率為1397 S cm-1，PrBa0.5Sr0.5Co1.9Ni0.1O5+δ在400℃的電導(dǎo)率為1463 S cm-1。熱膨脹測試結(jié)果表明，陰極材料的熱膨脹系數(shù)隨Ni含量的增加而逐漸降低，這對提高與電解質(zhì)材料的匹配性有利。
　　采用涂覆法制備了電解質(zhì)（YSZ）支撐型燃料電池，對稱電池和單電池測試結(jié)果表明，PrBaCo1.7Ni0.3O5+δδ和PrBa0.5Sr0.5Co1.9Ni0.1O5+δ的電化學(xué)性能較同一系

5、列的其他材料優(yōu)異。PrBaCo1.7Ni0.3O5+δ在600、650、700、750和800℃的極化電阻分別為2.628、1.183、0.474、0.161和0.042Ωcm2；單電池的功率密度分別為100、185、360、495和660 mW cm-2。PrBa0.5Sr0.5Co1.9Ni0.1O5+δ在600、650、700、750和800℃的極化電阻分別為8.556、4.822、1.640、0.647和0.297Ωcm2；單電