IT-SOFC陰極材料的制備與應(yīng)用.pdf

1、燃料電池是一種高效、無污染的能量轉(zhuǎn)化裝置。從原理上講，燃料電池不受卡諾循環(huán)的限制，有能量轉(zhuǎn)化效率高(可達(dá)50％-80％)和環(huán)境友好(很低的有害氣體和噪聲污染)等傳統(tǒng)熱機(jī)從本質(zhì)上無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)由于其工作溫度較低(500℃～800℃)，增大了電池材料的可選擇性，降低了電池元件的制作難度，改善了電池長(zhǎng)期工作的可靠性，因此研究和探索新型中溫陰極材料及其合成方法對(duì)于研究和開發(fā)中溫SOFC具有重要的意義。

2、 本文以混合稀土氧化物取代價(jià)格昂貴的純氧化鑭原料，利用共沉淀法合成了Ln0.7Sr0.3C01-yFeyO3-δ(y=0.1～0.5)系陰極材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)及電性能進(jìn)行了初步研究，對(duì)降低陰極材料工業(yè)化生產(chǎn)的成本進(jìn)行了有益的探索。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究表明：1100℃燒結(jié)4h合成的Ln0.7Sr0.3Co1-yFeyO3-δ系陰極材料其體系并非單一鈣鈦礦相，而是CeO2立方螢石相與鈣鈦礦相共存。離子尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、電價(jià)等因素的影響使

3、得體系中其余的Ce主要還是以+4價(jià)的CeO2形式存在。 在空氣氣氛下用直流四探針法測(cè)量了燒結(jié)樣品從室溫到800℃內(nèi)的電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)該體系的陰極材料在低溫段的Arrhenius曲線近視直線，符合小極化子導(dǎo)電機(jī)理，樣品的電導(dǎo)率隨溫度的升高而出現(xiàn)最大值。在低溫段電導(dǎo)率迅速增減還有一個(gè)重要的原因就是Co3+離子自身發(fā)生歧化，Co3+離子的歧化反應(yīng)始于200℃左右，而且由于引入了取代離子Sr2+后歧化反應(yīng)的起始溫度還會(huì)降低，因此可以得出，L

4、n0.7Sr0.3Co1-yFeyO3體系的電導(dǎo)率在300℃以前隨測(cè)試溫度的升高而快速增大，主要是由于Co3+的歧化產(chǎn)生了額外的載流子所致。在高溫段氧空位的電荷補(bǔ)償作用逐漸形成，電荷補(bǔ)償成為以離子補(bǔ)償為主，使得體系中小極化子載流子的濃度降低，同時(shí)體系中含有Ce3+，隨著溫度的升高，Ce3+向Ce4+的轉(zhuǎn)變會(huì)消耗掉部分氧空位，從而補(bǔ)償了Sr2+摻雜引起的體系電荷不平衡效應(yīng)，使得材料由Co3+離子變價(jià)形成的導(dǎo)電空位數(shù)較少，因而電導(dǎo)率降低。