氧化鋯基中溫固體氧化物燃料電池陰極材料的開發(fā)及其應(yīng)用.pdf

1、作為一種新型的發(fā)電方式，固體氧化物燃料電池(SOFC)在解決能源危機(jī)和環(huán)境污染方面表現(xiàn)出了巨大的潛力，特別是在最近幾十年得到了很大的發(fā)展。陽極支撐型固體氧化物燃料電池(SOFC)是中溫(800℃以下)SOFC的主要類型之一，而陰極極化電阻是限制電池中溫性能的關(guān)鍵因素。作為一類陰極材料，鈣鈦礦型氧化物得到了廣泛的關(guān)注，但是工業(yè)化的因素仍然沒有成熟化，而且新型材料的研究仍然需要進(jìn)一步的發(fā)展。
　　 本文首先討論了用EDTA-檸檬酸絡(luò)

2、合法(ECCP)制備中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)。用ECCP法合成的(Sc2O3)0.1(ZrO2)0.9(ScSZ)電解質(zhì)具有低堆積密度、表面積大等優(yōu)點(diǎn)，該電解質(zhì)適合于在雙層共壓法中的使用。而通過ECCP法制得的陽極與用傳統(tǒng)的球磨制得的陽極相比，顆粒的粒徑更小、顆粒之間分布更均勻。在本文中通過用ECCP法制得的粉體成功制備了陽極支撐的以ScSZ為電解質(zhì)的固體氧化物燃料電池。多孔的陽極和陰極與電解質(zhì)層都表現(xiàn)出很好的黏附性能。

3、以La0.8Sr0.2MnO3為陰極、NiO+ScSZ為陽極、ScSZ電解質(zhì)厚約為30μm的電池片在800℃時(shí)的最高能量密度可以達(dá)到350mW·cm-2。
　　 在經(jīng)典陰極材料La0.8Sr0.2MnO3(LSM)的基礎(chǔ)上，本文開發(fā)并研究了新型鈣鈦礦材料La0.8Sr0.2ScyMn1-yO3-δ(LSSM)作為以氧化鋯基電解質(zhì)為基礎(chǔ)的固體氧化物燃料電池(SOFC)的陰極材料。Sc3+摻雜到La0.8Sr0.2MnO3-δ(LS

4、M)的B位不但沒有改變相結(jié)構(gòu)，還可以增強(qiáng)陰極材料在極化條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、提高陰極的性能。在不同Sc3+摻雜量的LSSM系列中，La0.8Sr0.2Sc0.05Mn0.95O3-δ(LSSM0.05)表現(xiàn)出最小的陰極極化電阻和最高的能量密度。在850℃時(shí)，以LSSM0.05作為陰極的SOFC在一個(gè)恒定的電流400mA·cm-2中穩(wěn)定半小時(shí)以后的陰極極化電阻為0.094Ω·cm2，最高能量密度為1300mW·cm-2，而同樣的SOFC用L

5、SM作為陰極時(shí)的陰極極化電阻和最高能量密度分別為0.25Ω·cm2和450mW·cm-2。并且LSSM0.05具有較好的電子電導(dǎo)率，因此有可能成為以摻雜的氧化鋯為電解質(zhì)的IT-SOFC的理想陰極材料。
　　 論文的最后對IT-SOFC的便攜式應(yīng)用做了初步的嘗試，以經(jīng)典的鎳-電解質(zhì)作為固體氧化物燃料電池(SOFC)的陽極，在常溫常壓下通過Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ的催化作用使液態(tài)肼實(shí)時(shí)分解，并將分解產(chǎn)物作為燃