NdBaFe2-xMxO5+δ(M=Mn,Nb)陰極材料的制備與電化學(xué)性能.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多新型能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的出現(xiàn)，不僅能夠減少環(huán)境污染，而且能夠滿足日益增長(zhǎng)的能源需求。固體氧化物燃料電池由于其具有能源轉(zhuǎn)換效率高、排放低和燃料適配性優(yōu)異等特點(diǎn)，已成為新型能源領(lǐng)域不可忽略的競(jìng)爭(zhēng)者。
　　傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池采用8 mol％ Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(即YSZ)作為電解質(zhì)，由于其工作溫度高達(dá)800-1000 oC，從而易導(dǎo)致電解質(zhì)與電極材料之間的界面反應(yīng)、各組分間的熱膨脹系數(shù)不匹配以及封接材料難

2、以選擇等一系列問題。因此，發(fā)展中溫(500-800 oC)固體氧化物燃料電池勢(shì)在必行。但是工作溫度降低至中溫會(huì)導(dǎo)致陰極與電解質(zhì)之間的界面極化電阻快速增加，所以有必要大力發(fā)展適用于中溫固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)和陰極材料。
　　理想的電解質(zhì)材料必須具備兩個(gè)條件：較高的離子電導(dǎo)率和充分的化學(xué)穩(wěn)定性。近年來，BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-α(BZCY)由于其高的質(zhì)子電導(dǎo)率和充分的化學(xué)穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于中溫固體氧化物燃料電池的電解

3、質(zhì)材料。
　　本論文著重對(duì)無鈷雙鈣鈦礦型陰極材料及其燃料電池的電化學(xué)性能進(jìn)行了探索性研究。研究的主要內(nèi)容和成果如下：
　　采用硝酸鹽-檸檬酸法制備了新型系列無鈷的陰極材料NdBaFe2-xMnxO5+δ(0.00≤x≤0.30)，XRD結(jié)果顯示它們均為立方相的雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。通過電化學(xué)工作站測(cè)試了系列陰極材料在空氣氣氛中300-800℃下的電導(dǎo)率及典型樣品NdBaFe1.9Mn0.1O5+δ(NBFM10)的電導(dǎo)率隨氧分壓的變

4、化。研究發(fā)現(xiàn)：系列陰極材料的電導(dǎo)率隨著溫度升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在550℃時(shí)達(dá)到最大值；系列陰極材料在550 oC時(shí)的電導(dǎo)率隨著Mn摻雜量的增大也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在Mn摻雜量為0.10時(shí)電導(dǎo)率達(dá)到最大值為114 S cm-1；在1-10-10 atm的氧分壓范圍內(nèi)，NBFM10的電導(dǎo)率隨著氧分壓的升高而增大，表明該樣品的p-型導(dǎo)電行為占主導(dǎo)地位。以BZCY-NBFM10為復(fù)合陰極、BZCY薄膜(膜厚約30?m)為電解質(zhì)、N

5、iO-BZCY為復(fù)合陽極組裝成H2/Air燃料電池，測(cè)試了該電池500-700℃下的性能，該電池在700 oC時(shí)的最大輸出功率密度為453 mW cm-2，界面極化阻抗低至0.06Ωcm2。
　　采用高溫固相反應(yīng)法制備了新型系列無鈷的陰極材料 NdBaFe2-yNbyO5+δ(0.00≤y≤0.30)，XRD結(jié)果顯示它們均為立方相的雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。通過交流阻抗譜法測(cè)試了該系列陰極材料在空氣氣氛中300-800℃下的電導(dǎo)率及典型樣品N

6、dBaFe1.9Nb0.1O5+δ(NBFNb10)在N2、Air、O2氣氛中不同溫度下的電導(dǎo)率。NBFNb10的電導(dǎo)率隨著氣氛中氧分壓的增加而增大，在N2、Air和O2氣氛中電導(dǎo)率的最大值分別為101 S cm-1、109 S cm-1、119 S cm-1。以BZCY-NBFNb10為復(fù)合陰極組裝成 H2/Air燃料電池 NiO-BZCY| BZCY| BZCY-NBFNb10，測(cè)試了該電池在500-700℃下的性能。結(jié)果顯示，該電