鈣鈦礦型LSCN中溫SOFC陰極材料和結構的優(yōu)化.pdf

1、固體物氧化物燃料電池(SOFC)是一種節(jié)能、高效且環(huán)境友好的能源裝置,在能源問題日益嚴峻的現(xiàn)代社會具有廣泛的應用前景。要促進固體氧化燃料電池的商業(yè)化,就必須把傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池的運行溫度降低到中溫(600～800℃)甚至以下。電池工作溫度的降低可以降低電池整體設備的成本,增加電池材料的選擇范圍,增加電池的整體穩(wěn)定性。然而,隨著溫度的下降,電解質和電極材料都面臨了很多挑戰(zhàn),其中陰極的催化活性的下降成為限制電池功率密度增加的一個主要因

2、素。針對這一情況,本文探索了鈣鈦礦型La1-xSrxCo1-yNiyO3(LSCN)材料作為中溫SOFC陰極材料的可能性,并使用浸漬法對電極結構進行了改造,進行電極性能的優(yōu)化。
　　本文采用聚合物輔助燃燒法制備了不同化學計量比的鈣鈦礦型LSCN粉體,并對不同計量比的材料性能進行了比較。結果表明,La0.8Sr0.2Co0.8Ni0.2O3中溫條件下性能最佳,在800℃時的電導率為1201 s/cm,TEC值為15.3×10-6K-

3、1,這一結果優(yōu)于傳統(tǒng)的LSCF和LSM鈣鈦礦材料。
　　浸漬法可以向電極中引入納米顆粒微觀結構明顯提升電極性能,成為近年來結構優(yōu)化的一種熱門方法。本文采用浸漬法(溶液注入法)制備了La0.8Sr0.2Co0.8Ni0.2O3+Gd摻雜CeO2(LSCN+GDC)電極并將其化學性能與絲網(wǎng)印刷法制備的La0.8Sr0.2Co0.8Ni0.2O3的電極進行了比較。絲網(wǎng)印刷法制備的LSCN電極極化阻抗在750?C下為0.14Ωcm2,導電

4、活化能值為148.6KJ/mol。而對于溶液注入法制備的復合電極而言,當溶液注入量達到或超過35wt％時電極性能就已經(jīng)超過了傳統(tǒng)方法制備的陰極。最佳的LSCN注入量在45?55wt％之間,此時的活化能最低,僅為127.3 KJ/mol。當注入量為55wt％時,600到750℃時電極的阻抗值范圍在1.07到0.08Ωcm2之間,僅僅為絲網(wǎng)印刷法制備電極的一半。
　　對絲網(wǎng)印刷制備的LSCN電極和浸漬法制備的LSCN+GDC電極在75

5、0℃進行電流極化作用。結果發(fā)現(xiàn),注入量為55wt％的LSCN+GDC復合陰極短時極化后就開始衰減。LSCN+GDC復合陰極在熱作用300小時后可以觀察到明顯LSCN顆粒的燒結長大。電流作用100小時后即可觀察到明顯的燒結導致的網(wǎng)絡狀連接,電極阻抗也增大到了0.17Ωcm2。采用等效電路模擬極化條件下的電極過程后發(fā)現(xiàn),電極反應過程中的傳質過程受到微觀結構改變的影響較大,成為電池性能下降的主要因素。由此觀之,浸漬法制備的LSCN+GDC復合