固體氧化物燃料電池LSM-SDC復合陰極的制備及電化學表征.pdf

1、傳統(tǒng)的高溫燃料電池SOFC由于高的操作溫度(800-1000℃)而導致了材料選擇的困難和成本居高不下,而降低電池的工作溫度到中等溫度(550~800℃)可以在保持高溫燃料電池優(yōu)點的同時克服其缺點.當溫度降低到800℃以下時,陰極界面電阻隨著溫度的降低而迅速增加,并超過薄膜化電解質(厚度小于30μm的YSZ)的電阻而成為電池內阻的主要來源.因而探索在中溫下具有較低界面電阻的陰極,降低電池內阻,從而提高SOFC的能量轉化效率,對SOFC的發(fā)

2、展具有舉足輕重的意義.陰極的界面電阻與其微結構和制備過程密切相關,為了提高陰極性能,該論文以Sm<,0.2>Ce<,0.8>O<,1.90>(SDC)為電解質,采用不同的粉體和電極制備方法優(yōu)化LSM-SDC復合陰極,為LSM(La<,1-x>Sr<,X>MnO<,3-δ>)在中溫SOFC中的應用探索合適的途徑.論文前兩章對SOFC工作原理、SOFC各部分材料的特點以及陰極氧還原反應過程做了一個概述.論文第三章采用固相反應法、硝酸鹽-甘氨

3、酸法(GNP)制備LSM粉體;用草酸鹽共沉淀法和GNP法制備SDC粉體.并研究了GNP法中"還原劑/氧化劑當量比"對粉體比表面、電極微結構和界面電阻的影響.隨著當量比的提高,粉體比表面逐漸增加.當量比為1.2時,產物粉體中硬團聚較少、比表面較大,復合陰極面內電阻較小,對應界面電阻也最小.通過實驗優(yōu)化,在800℃下得到的最低界面電阻為0.26Ω2cm<'2>.為了進一步降低界面電阻,論文第四章用溶膠-凝膠法(sol-gel)制備LSM-S

4、DC復合陰極,并對電極微結構和界面電阻進行了研究.與傳統(tǒng)的陶瓷材料制備方法相比,溶膠凝膠技術的熱處理溫度低,所制備的粒子或材料非常均勻,純度也很高.800℃時的界面電阻為0.14Ωcm<'2>,低于文獻中所報道的和第三章用其他制備方法得到的同成分陰極的界面電阻數(shù)據(jù).論文的五章采用硝酸鹽浸漬法制備LSM-SDC復合陰極,并研究了電極微結構和界面電阻的關系.750℃時為0.034Ωcm<'2>.此數(shù)據(jù)比現(xiàn)有文獻中的LSM-DCO復合陰極界面

5、電阻數(shù)據(jù)要低約一個數(shù)量級.該論文還對各組實驗的陰極反應表觀活化能進行了比較分析,活化能大小都介于1.0eV和2.0eV之間,和文獻中關于陰極氧還原反應的動力學解釋基本吻合.不同粉體由于形貌和粒子大小不同,燒結性能存在很大差別.例如第三章中的GNP粉體由于顆粒粒徑小、燒結活性高,對應復合陰極的最佳燒結溫度也較其他粉體的最佳燒結溫度低150-300℃.對于復合陰極的燒結過程來說,燒結溫度過低或過高均會導致界面電阻增加.從各章中的掃描電鏡照片