中溫固體氧化物燃料電池新型電極材料的制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）是新型綠色能源裝置之一，為促進(jìn)SOFC的實(shí)用化，降低運(yùn)行溫度，尋找性能優(yōu)良、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低的電池材料，是發(fā)展SOFC 迫切需要解決的問(wèn)題。本論文重點(diǎn)圍繞中溫SOFC的電極材料，包括陰極材料、陽(yáng)極材料及其單電池的制備和性能進(jìn)行研究。
　　 目前，對(duì)SOFC 陰極材料的研究主要集中于具有混合離子電子導(dǎo)體的ABO3鈣鈦礦型氧化物，如LaxSr1-xCoyFe1-yO3-δ(LSCF)材料。其中，在A

2、位上用價(jià)格便宜的非稀土元素Sr 取代La 可以降低成本，并改善材料性能，因此研究較多。
　　 本實(shí)驗(yàn)嘗試分別采用Sr和Fe 元素對(duì)鈣鈦礦型氧化物BaCoO3 在A、B位進(jìn)行摻雜，以提高其性能。SOFC 陰極材料的制備方法通常采用固相反應(yīng)法、共沉淀法、溶膠－凝膠法等。本論文采用一種新的軟化學(xué)方法－凝膠澆注法合成出Ba0.5Sr0.5Co1-xFexO3-δ（BSCF，x=0.2，0.8）陰極材料粉末，隨后經(jīng)壓制成形、燒結(jié)得到燒結(jié)體

3、。試驗(yàn)中對(duì)BSCF 粉末和燒結(jié)體的性能進(jìn)行了測(cè)試分析，并對(duì)BSCF 與SdC共燒所獲得的BSCF/SdC復(fù)合粉末進(jìn)行化學(xué)穩(wěn)定性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用凝膠澆注法，經(jīng)1000℃煅燒干凝膠3h，可獲得具有單一鈣鈦礦物相的BSCF 陰極粉末，其顆粒尺寸均勻，粒度為4μm 左右。BSCF 粉體壓坯在1050℃燒結(jié)可獲得多孔結(jié)構(gòu)的Ba0.5Sr0.5Co1-xFexO3-δ試樣。BSCF 陰極材料的電導(dǎo)率隨測(cè)試溫度的升高和Fe 摻雜量的增加而降低

4、，其中Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ在500℃電導(dǎo)率可達(dá)36.1S/cm；Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ
　　 與SDC的界面阻抗在800℃為0.188?cm2；BSCF 與SdC復(fù)合粉末BSCF/SDC的化學(xué)相容性良好。
　　 本論文還采用檸檬酸燃燒法制備了NiO/Sm0.2Ce0.8O1.9(NiO/SDC)粉體，并對(duì)其相組成和形貌等進(jìn)行了測(cè)試，考察了在溶液中添加不同分散劑對(duì)所制備

5、NiO/SDC粉體的比表面積和粒徑的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，前軀體溶液中檸檬酸與金屬離子摩爾比（MRCM）對(duì)燃燒后NiO/SDC粉體的粒度、比表面積等都有明顯的影響。其中，MRCM=1.5時(shí)，NiO/SDC粉體中NiO與SDC晶體的粒度最大，分別為10.42nm、6.91nm，而對(duì)應(yīng)粉體的分散性好，比表面積大，表面積平均徑最小。此外，通過(guò)在前軀體溶液中添加不同的分散劑可改善燃燒后NiO/SDC粉體的粒度和粒度分布，其中以聚乙二醇6000對(duì)N

6、iO/SDC粉體的分散效果最好。
　　 為進(jìn)一步考察所合成的電極材料的性能，分別以Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 作為陰極材料、SdC作為電解質(zhì)、NiO/SdC為陽(yáng)極材料，制備出了中溫固體氧化物燃料電池單電池(NiO/SDC)//SDC//BSCF，并對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試。所制備的單電池中電解質(zhì)層SdC厚約為45μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)坞姵卦?00℃和800℃下開路電壓分別為0.782V、0721V，輸出功率分別為1