氧化鉍基電解質(zhì)及其復(fù)合陰極的制備與性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)因具有高效、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),被視為解決二十一世紀(jì)能源問題的重要技術(shù)之一。傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池使用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)作為電解質(zhì),只有在高溫環(huán)境下(800-1000℃)才能顯現(xiàn)高的離子電導(dǎo)率。然而,這樣的高溫會(huì)帶來象密封困難、電池組件熱不匹配、熱退化、界面反應(yīng)、電池制作成本高以及長期的穩(wěn)定性等問題,大大地降低了燃料電池的工作效率和性能。當(dāng)把SOFC操作溫度降低到500-800℃,就會(huì)避免出現(xiàn)高溫工

2、作環(huán)境下的一系列問題,可是,隨著工作溫度的降低,不僅增加了電極與電解質(zhì)的界面阻抗,而且增加了YSZ電解質(zhì)的阻抗,特別是陰極極化電阻大幅度增加。因此,必須開發(fā)在中低溫范圍內(nèi)具有高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)材料以及與之匹配的電極材料,而找到一種能在中低溫條件下具有很好性能的陰極材料是降低SOFC工作溫度的關(guān)鍵。
　　在目前研究的幾類電解質(zhì)中,氧化鉍基的導(dǎo)體具有最高的氧離子電導(dǎo)率。對(duì)于固體氧化物燃料電池,電解質(zhì)應(yīng)該具有純的離子導(dǎo)電性能。文中研究

3、對(duì)象之一是用草酸鹽共沉淀法合成的氧化釔穩(wěn)定的氧化鉍(Y0.25Bi0.75O1.5,YSB),作為固體電解質(zhì),研究和探討了與復(fù)合物微結(jié)構(gòu)相關(guān)的電化學(xué)性能?；旌想x子-電子導(dǎo)體是一種非常有前途的中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)陰極材料,由于具有較高的氧表面交換系數(shù)、高的氧空位濃度以及混合電導(dǎo)屬性使其具有良好的氧催化活性。在以電子傳導(dǎo)為主的陰極材料中摻入高離子導(dǎo)電的電解質(zhì)材料是開發(fā)離子-電子混合導(dǎo)電陰極的有效方法。為了考察粉體制備方法

4、對(duì)復(fù)合陰極的影響,分別用溶膠-凝膠法、共沉淀法和固相反應(yīng)法合成了氧化鉺穩(wěn)定的氧化鉍(Bi0.8Er0.2O1.5,ESB),漿體涂覆法制備Ag-ESB復(fù)合陰極,并比較研究了它們?cè)谥械蜏叵碌碾娀瘜W(xué)性能。結(jié)果如下:
　　(1)用草酸鹽共沉淀法制備了氧化釔穩(wěn)定的氧化鉍,通過對(duì)它們的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌以及離子電導(dǎo)率等一系列性能測(cè)試,結(jié)果表明:共沉淀法制備的電解質(zhì)YSB在600℃煅燒基本上呈立方螢石結(jié)構(gòu),其離子電導(dǎo)率比同溫度下YSZ、SDC

5、(Ce0.8Sm0.2O2-δ)的離子電導(dǎo)率值都高。在873K時(shí),離子電導(dǎo)率值~5.6×10-2 S/cm,導(dǎo)電活化能約為0.85 eV。所以,在中低溫范圍內(nèi),YSB可作為氧離子導(dǎo)體應(yīng)用于中溫固體氧化物燃料電池中。
　　(2)分別用溶膠-凝膠法、共沉淀法和固相反應(yīng)法合成了氧化鉺穩(wěn)定的氧化鉍,并對(duì)它們的物理及電化學(xué)性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:在750℃焙燒,它們都形成了立方螢石結(jié)構(gòu)相;在700℃時(shí),固相法合成的ESB具有最高的離子電導(dǎo)