雙鈣鈦礦結構中溫固體氧化物燃料電池陰極材料摻雜改性研究.pdf

1、開發(fā)在中溫區(qū)域內（600-800 oC）具有高電化學活性的陰極材料是固體氧化物燃料(SOFC)電池實用化的關鍵。雙鈣鈦礦結構氧化物LnBaCo2O5+δ（Ln=鑭系元素）以其較高的電導率、優(yōu)異的氧傳輸性能和氧還原催化活性被普遍認為是一類潛在的中溫固體氧化物燃料電池（IT-SOFC）陰極材料。本文分別以雙鈣鈦礦結構陰極材料PrBa1-xFe2O5+δ、PrBa1-xCo2O5+δ和PrBa1-xCaxCo2O5+δ為研究對象，探討了鋇空位

2、、K+和Ca2+對其理化特性及電化學行為的影響規(guī)律。本研究主要內容包括：
　　⑴采用溶膠-凝膠法制備了具有鋇空位的非鈷基雙鈣鈦礦結構材料PrBa1-xFe2O5+δ(x=0.00-0.10，PB1-xF)，研究了鋇空位對PB1-xF理化特性及電化學行為的影響機制。研究結果表明：PB1-xF材料鋇空位含量x的最大值為0.03，當x≥0.05時會出現(xiàn)Pr6O11的雜相；鋇空位的引入會引起PB1-xF(x=0.00-0.03)中Fe離子

3、平均價態(tài)的下降；在給定溫度下，PrBa0.97Fe2O5+δ與PrBaFe2O5+δ相比具有更高的氧空位濃度；PB1-xF氧化物在300-800 oC范圍內的電導率隨x的增加而下降，這可能與該過程中以形成氧空位為主要電荷補償方式有關；PB1-xF氧化物30-900 oC的TEC值隨著x的增加而下降；適量鋇空位的引入會引起PB1-xF陰極比表面極化阻抗(ASR)的下降，表明鋇空位有利于材料氧催化還原活性的提高；PrBa0.97Fe2O5+

4、δ在700 oC下測得的ASR值為0.119Ωcm2；以PrBa0.97Fe2O5+δ為陰極的單電池在800，750，700，650 oC下的最大功率密度分別為329，256，183，118 mWcm-2。
　?、铺骄苛瞬牧现苽溥^程中K+對雙鈣鈦礦材料PrBa1-xCo2O5+δ(x=0.00-0.10，PB1-xC)氧化物理化特性及電化學行為的影響規(guī)律。研究結果表明：通過在合成過程中引入K+制備了A位陽離子缺位的PB1-xC氧化

5、物；所制備的PB1-xC氧化物都呈現(xiàn)四方相結構且屬于晶胞參數(shù)為2a≈2b≈c的Pmmm點群；K+能夠有效提高雙鈣鈦礦材料中的陽離子空位濃度，增加該類材料中氧離子傳輸特性；K+還會引起導致材料表層鈷離子的偏析，進而導致材料表面與氧交換過程極化阻抗的顯著增加。
　?、欠治隽薈a2+對雙鈣鈦礦陰極材料PrBa1-xCaxCo2O5+δ(x=0.00-0.50，PB1-xCaxC)理化特性及電化學行為的影響規(guī)律。研究結果表明：隨著x值的增

6、大，PB1-xCaxC氧化物由四方相(x=0.00)逐漸向立方相(x=0.50)轉變，且當x=0.10-0.30時，該氧化物是四方相與立方相共存的；Ca2+的引入對材料在30~900 oC內的TEC影響不大；PB1-xCaxC系列氧化物的電導率隨著x的增大而增大，這是由于氧化物材料向立方相結構轉變使得其對稱性越來越高所致的；而其陰極極化阻抗則隨著x的增大而呈現(xiàn)先下降(x=0.00~0.30)后上升(x=0.30~0.50)的趨勢，其中當