固體氧化物燃料電池陰極材料的三維成像及鈷摻雜改性.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的能源轉(zhuǎn)換裝置，因其轉(zhuǎn)換效率高和污染排放低的特點而備受關(guān)注，SOFC的核心部分由陰極、電解質(zhì)和陽極組成。本文用高分辨X射線成像的方法研究陰極的三維結(jié)構(gòu)，并探索摻雜對Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ陰極材料電化學性能的影響。
　　 第二章用高分辨X射線成像的方法研究復合陰極的三維結(jié)構(gòu)，通過原位觀察的方法，獲得不同燒結(jié)溫度對三維結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。首先分別用固相法和甘氨酸燃燒法合成了純

2、相的La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3(LSCF)和Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)粉末，通過流延法得到了復合材料樣品，通過高分辨X射線成像技術(shù)，獲得了800℃，1000℃和1200℃燒結(jié)樣品的原位三維重構(gòu)圖，通過對重構(gòu)三維數(shù)據(jù)的分析，獲得如下主要結(jié)果:隨著燒結(jié)溫度的提高，LSCF相的體積分數(shù)和顆粒平均直徑逐漸增大，SDC相的體積分數(shù)逐漸減小而顆粒平均直徑增大，孔隙相得體積分數(shù)基本不變而平均直徑減小，LSCF，SDC和孔

3、洞相形成的三相線長度，隨溫度的提高而增加，溫度每升高200度，三相線的長度增加約一個數(shù)量級。
　　 本文第三章通過對陰極材料Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ(SF1.5M)摻雜Co，探索其電化學性能變化規(guī)律。首先用甘氨酸和檸檬酸燃燒法制備了純相的Co摻雜Sr2Fe1.5-xCoxMo0.5O6-δ(SF1.5-xCxM，x=0，0.5，1)粉體，熱膨脹性能測試表明，隨著Co摻雜量的增多，其熱膨脹系數(shù)從15.8×10-6增加到1

4、9.8×10-6K-1;電導性能測試表明，隨著Co摻雜量的增多，其電導率變大，并且電導率隨溫度的升高先變大后減小;用X光電子能譜(XPS)分析了摻雜材料各元素的化合價，結(jié)果表明SF1.5-xCxM中Fe、 Co和Mo都是以混合價態(tài)的形式存在的，其中Fe元素為Fe2+/Fe3+共存，Co元素為Co2+/Co3+共存，Mo元素為Mo5+/Mo6+共存，間接說明了小極子導電機制的存在;電導弛豫法(ECR)測試了氧擴散系數(shù)Dchem和表面交換系

5、數(shù)Kex，Dchem和Kex隨Co的摻雜量增多而變大，其中750℃下Dchem從1.0×10-5 cm2s-1提高到2.0×10-5 cm2s-1，Kex從2.55×10-5 cms-1提高到2.20×10-3cms-1; DFT方法計算的結(jié)果表明，其平均氧空位形成能EvacO隨著Co的摻雜量的增大而減小，即Co的摻入增強了氧空位的形成可能;制備了以SF1.5-xGxM為電極，La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ為電解質(zhì)的對