固體氧化物燃料電池梯度陰極材料的制備與表征.pdf

1、中低溫固體氧化物燃料電池(SOFC)是當(dāng)前能源領(lǐng)域研究的熱點。本文針對電解質(zhì)的薄膜化、陰極微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計兩個中低溫SOFC面臨的關(guān)鍵問題，選用Sm摻雜的CeO<,2>(SDC)作為電解質(zhì)材料，Sm<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>作為陰極材料采用旋轉(zhuǎn)涂膜的薄膜制備方法，根據(jù)陽極支撐的SOFC電池模式，引入功能梯度的概念對電極微觀結(jié)構(gòu)進行改進和設(shè)計，并對電池電極的制備及性能展開了系統(tǒng)的研究。主要的研究內(nèi)容如下： (1)為

2、了降低電解質(zhì)SDC陶瓷的燒結(jié)溫度，文中選用了燃燒法方法制備了納米尺寸的電極材料SSC粉末和電解質(zhì)材料SDC粉末．燒結(jié)溫度為750 C、950 C時所得的SSC粉末的晶粒尺寸分別為35nm和50 nm左右．燒結(jié)溫度為600℃、700℃、800℃時所得的SDC粉末的晶粒尺寸分別為18、23和30 nm。實驗結(jié)果表明，通過不同的熱處理溫度獲得了粒徑大小不同的SDC粉末顆粒。 (2)采用多層功能梯度結(jié)構(gòu)的陰極薄層的設(shè)計，解決中低溫下電池

3、陰極極化電阻迅速增大問題。陰極外層較大的粒徑有利于降低歐姆電阻，較大的粒徑所形成的大孔徑有利于氧氣的傳輸，降低電極內(nèi)外氧分壓不同所引起的濃差極化。表層組分上電子導(dǎo)體材料含量更高，除了能夠提高電子傳導(dǎo)率外，還能提高對氧的催化性能。內(nèi)層由于靠近電解質(zhì)層，因此較小的粒徑能夠有效地增加比表面積，從而增加了電化學(xué)反應(yīng)得活化點。此外組分上離子導(dǎo)體材料含量更高一方面增大了氧離子的傳導(dǎo)率，使外層被催化還原的氧離子能迅速地傳輸?shù)诫娊赓|(zhì)，并通過電解質(zhì)到達陽

4、極與燃料氣體發(fā)生反應(yīng)，另一方面電解質(zhì)的含量更高其熱膨脹系數(shù)就越接近電解質(zhì)，這能使電池的力學(xué)穩(wěn)定性能夠有較大的提高。綜合各項優(yōu)勢，在粒徑，孔徑，組成上具有功能梯度的陰極能夠有效地提高單電池的輸出性能，使電池在輸出電壓和輸出功率等性能方面有較大的提高。本論文選用具有較高電子電導(dǎo)的SSC和較高離子電導(dǎo)的SDC的混合粉末作為陰極材料，采用旋涂法通過改變漿料中組分、黏度劑和造孔劑的含量制備了具有功能梯度結(jié)構(gòu)的陰極薄層。 (3)本論文采用C