基于穩(wěn)定化BaCeO3基質(zhì)子電解質(zhì)固體燃料電池的制備及其脫硝性能研究.pdf

1、為構(gòu)建質(zhì)子型固體燃料電池，本文以BaCeO3基電解質(zhì)為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)代多種分析方法，意在選擇出較優(yōu)的電解質(zhì)材料，并研究在以NO為氧化劑、含氫氣體為燃料時(shí)電池的電性能。
　　采用溶膠凝膠法制備了電解質(zhì)BaCe0.8-xZrxY0.2O3-δ，即BCZYx(x=0，0.2，0.4，0.6，0.8)。運(yùn)用X射線衍射(XRD）、熱重分析(TG)、電導(dǎo)率測(cè)試和濃差電池測(cè)試等手段對(duì)電解質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和電導(dǎo)性能進(jìn)行表征。結(jié)果顯示BCZY

2、x系列材料均具有典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。對(duì)于Zr、Ce雙摻雜的電解質(zhì)，隨著Zr的摻雜比的增大，電導(dǎo)率逐漸減小，但穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。其中，BaCe0.4Zr0.4Y0.2O3-δ在化學(xué)穩(wěn)定性和電導(dǎo)率方面較為滿足電解質(zhì)材料的需求。
　　為解決BCZYx系列材料在電導(dǎo)率和燒結(jié)性能方面的不足，采用溶膠凝膠法制備了基于BCZY0.4不同Cu摻雜量的BaCe0.4Zr0.4Y0.2-xCuxO3-δ，即BCZYCx(x=0，0.01，0.03，0.0

3、5)。通過XRD、SEM和電導(dǎo)率等測(cè)試手段對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和電性能進(jìn)行表征。煅燒后得到的材料均具有與BCZYx相似的鈣鈦礦晶型，晶粒大小和化學(xué)穩(wěn)定性都隨著Cu微量摻雜呈增大趨勢(shì)，當(dāng)摻雜3％ Cu進(jìn)B位時(shí)，電導(dǎo)率達(dá)最大值，當(dāng)摻雜量增加到5％，電導(dǎo)率有一定的降低，但呈現(xiàn)出更好相對(duì)致密度和粒徑大小。經(jīng)綜合分析BCZYC0.05可作為NOx-SOFC的理想電解質(zhì)材料。
　　采用溶膠凝膠法制備了經(jīng)典的陰極材料La0.8Sr0.2MnO3-δ。利

4、用XRD研究了其結(jié)構(gòu)和與電解質(zhì)材料的相容性。結(jié)果表明其具有典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，與電解質(zhì)在高溫下無相互作用或反應(yīng)。因此該材料適合作為本課題NOx-SOFC的陰極材料。
　　以Ni-BCZYC0.05為陽極催化劑，BCZYC0.05為電解質(zhì)，LSM為陰極，組裝成陽極支撐型的SOFC電池Ni-BCZYC0.05/BCZYC0.05/LSM。900℃下，當(dāng)陰極氣氛為5000 ppmNO的氮?dú)鈺r(shí)，最大功率密度為0.32 mW·cm-2，將NO