新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的制備與性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、對(duì)環(huán)境友好和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注和研究。傳統(tǒng)的SOFC由于工作溫度高(1000℃以上)帶來(lái)諸多材料和技術(shù)問(wèn)題，因此，降低其工作溫度至中溫范圍(600-800℃)成為當(dāng)前國(guó)際上SOFC發(fā)展的趨勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)中溫化目的，主要有兩條研究途徑:其一是研究探索在中溫條件下氧離子傳導(dǎo)率高的新型固體電解質(zhì)材料，其二是減小固體電解質(zhì)的厚度，發(fā)展電極支撐的薄膜化電解質(zhì)

2、制備技術(shù)，以降低電池內(nèi)阻，增大功率輸出。本論文主要研究新型硅基電解質(zhì)材料的制備工藝技術(shù)和元素?fù)诫s對(duì)材料的離子導(dǎo)電性能的影響。
　　論文通過(guò)溶膠凝膠法合成了新型硅基電解質(zhì)材料Sr1-xAxSiO3-δ（A=Na和Li; x=0.1，0.2，0.3，0.4）。通過(guò)差熱-熱重分析、X射線衍射分析、掃描電鏡分析、交流阻抗譜技術(shù)等手段對(duì)材料的熱分解過(guò)程、物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌和燒結(jié)性能及離子導(dǎo)電率進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，相較于傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法，采

3、用溶膠凝膠法制備的電解質(zhì)材料為單斜結(jié)構(gòu)、粉體顆粒粒徑小，大小均勻以及電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此溶膠凝膠法是一種比較理想的合成硅基電解質(zhì)材料的方法。
　　在采用溶膠凝膠法合成電解質(zhì)硅基粉體材料時(shí)，研究了溶液的pH值、用水量、反應(yīng)溫度對(duì)凝膠的影響，優(yōu)化出制備凝膠的工藝條件為:pH=8、用水量為40ml、反應(yīng)溫度為40℃。通過(guò)對(duì)凝膠的熱重分析確定了熱處理工藝，首先以5℃/min的升溫速率加熱至600℃保溫3h，然后再以10℃/min的升溫速率

4、加熱至900℃保溫3h，獲得粉體材料，通過(guò)燒結(jié)工藝優(yōu)化，確定將上述粉體材料經(jīng)過(guò)冷壓和900℃燒結(jié)，獲得相對(duì)致密和性能良好的電解質(zhì)片體。
　　通過(guò)交流阻抗譜技術(shù)對(duì)電解質(zhì)材料Sr1-xAxSiO3-δ(A=Na、Li; x=0.1，0.2，0.3，0.4)的電導(dǎo)率進(jìn)行研究，結(jié)果表明，電解質(zhì)材料Sr1-xAxSiO3-δ(A=Na、Li;x=0.1，0.2，0.3，0.4)的電導(dǎo)率隨溫度升高而增加，同時(shí)也隨著x值增加而增加，而且相較于傳

5、統(tǒng)的固相反應(yīng)法，通過(guò)溶膠-凝膠法合成的電解質(zhì)Sr1-xNaxSiO3-δ(x=0.1，0.2，0.3，0.4)具有更高的電導(dǎo)率。當(dāng)溫度為700℃時(shí)，經(jīng)溶膠-凝膠法制備的Sr0.6Na04SiO3-δ電導(dǎo)率可達(dá)3.25×10-2 S·cm-1，為固相反應(yīng)法(1.42×10-2 S·cm-1)的2.3倍。而溶膠凝膠法制備的電解質(zhì)Sr0.6Li0.4SiO3-δ電導(dǎo)率可達(dá)3.4×10-2 S·cm-1。結(jié)果表明，中溫條件下硅基電解質(zhì)材料具有良