Pr2NiO4基固體氧化物燃料電池陰極的制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池由于高效、潔凈、輸出功率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)吸引了人們的注意，由于一般工作溫度較高，對(duì)材料選擇和制作工藝的要求非常高，限制其發(fā)展，在保持電池原有優(yōu)勢(shì)前提下，降低燃料電池的工作溫度，就可以減少這些問(wèn)題。在電池工作的過(guò)程中，陰極極化損失占到整個(gè)電池?fù)p失的50％，若能改善陰極的性能，提高陰極的能量效率，將會(huì)對(duì)電池的性能有很大改善。
　　具有A2BO4結(jié)構(gòu)的類鈣鈦礦氧化物擁有混合導(dǎo)電性，較高的氧擴(kuò)散系數(shù)，較低的熱膨脹系數(shù)，和鈣鈦礦

2、結(jié)構(gòu)的氧化物相比有較好的熱化學(xué)穩(wěn)定性，這一系列性質(zhì)預(yù)示著A2BO4型化合物成為潛在的燃料電池陰極材料。在本實(shí)驗(yàn)中以Pr2NiO4（PNO）為研究對(duì)象。對(duì)其A位進(jìn)行摻雜少量的Sr(PSNO)，分析其物性，是否滿足陰極材料的要求。并在PSNO中復(fù)合具有離子導(dǎo)電性的YSZ，制成復(fù)合陰極，分析PSNO-YSZ復(fù)合陰極的性能。
　　實(shí)驗(yàn)表明，用溶膠－凝膠法合成的PNO和PSNO粉體成單相。PNO的高溫電導(dǎo)率在450℃時(shí)達(dá)到最大值52.5S/

3、cmPSNO的電導(dǎo)率在500℃達(dá)到最大值107S/cm，PSNO的電導(dǎo)率復(fù)合陰極材料的要求。PNO的熱膨脹系數(shù)在30℃到850℃之間的平均值為14.26×10-6K-1，PSNO的為14.38×10-6K-1。PNO的曲線在450℃出現(xiàn)突變，可能是發(fā)生相變，而摻雜Sr后消除了這種相變。
　　分析YSZ的加入對(duì)復(fù)合陰極的基本物性和電化學(xué)性能的影響。經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)摻雜量為20wt%的陰極效果最好，在750℃測(cè)試，極化面電阻為0.22Ω

4、cm2，以PSNO-20YSZ為研究對(duì)象分析燒結(jié)溫度對(duì)陰極的影響，經(jīng)過(guò)對(duì)電化學(xué)測(cè)試和SEM圖片分析，最佳燒結(jié)溫度為1050℃，時(shí)間3h。在不同的測(cè)試溫度測(cè)試其阻抗和過(guò)電位，結(jié)果表明隨著溫度的增加，電化學(xué)性能增強(qiáng)，原因是陰極材料對(duì)電極反應(yīng)的催化活性增強(qiáng)。
　　復(fù)合陰極的電導(dǎo)率非常低，原因?yàn)閅SZ離子電導(dǎo)率非常大，而電子電導(dǎo)率非常小，影響了電導(dǎo)率的值。熱膨脹測(cè)試顯示PSNO的TEC大于PSNO-20YSZ的值，說(shuō)明YSZ的加入限制了P