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

1、隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，許多新型能源轉(zhuǎn)換技術的出現(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，已成為新型能源領域不可忽略的競爭者。
　　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800-1000 oC，從而易導致電解質(zhì)與電極材料之間的界面反應、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在必行。但是工作溫度降低至中溫會導致陰極與電解質(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)材料必須具備兩個條件：較高的離子電導率和充分的化學穩(wěn)定性。近年來，BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-α(BZCY)由于其高的質(zhì)子電導率和充分的化學穩(wěn)定性而廣泛應用于中溫固體氧化物燃料電池的電解

3、質(zhì)材料。
　　本論文著重對無鈷雙鈣鈦礦型陰極材料及其燃料電池的電化學性能進行了探索性研究。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結果顯示它們均為立方相的雙鈣鈦礦結構。通過電化學工作站測試了系列陰極材料在空氣氣氛中300-800℃下的電導率及典型樣品NdBaFe1.9Mn0.1O5+δ(NBFM10)的電導率隨氧分壓的變

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

5、iO-BZCY為復合陽極組裝成H2/Air燃料電池，測試了該電池500-700℃下的性能，該電池在700 oC時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結果顯示它們均為立方相的雙鈣鈦礦結構。通過交流阻抗譜法測試了該系列陰極材料在空氣氣氛中300-800℃下的電導率及典型樣品N

6、dBaFe1.9Nb0.1O5+δ(NBFNb10)在N2、Air、O2氣氛中不同溫度下的電導率。NBFNb10的電導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為復合陰極組裝成 H2/Air燃料電池 NiO-BZCY| BZCY| BZCY-NBFNb10，測試了該電池在500-700℃下的性能。結果顯示，該電