固體氧化物燃料電池鈣鈦礦陰極材料的研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置，由于它具有能源轉(zhuǎn)化率高，環(huán)境污染少，燃料選擇范圍寬等優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為21世紀(jì)綠色能源。傳統(tǒng)的SOFC在高溫下(1000℃)因?yàn)檫\(yùn)行溫度高，材料的選擇范圍窄，成本高等缺點(diǎn)限制了它的發(fā)展，因此發(fā)展中低溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC400-800℃)會(huì)大大降低材料的成本，加快它的商業(yè)化。但是溫度的降低也會(huì)同時(shí)減少陰極材料傳輸氧離子的能力，因此開發(fā)中低溫陰極材料成為亟待解決的問題

2、。
　　本文主要研究成果總結(jié)如下:
　　本論文采用檸檬酸-硝酸鹽自蔓延燃燒合成法制備了Sr0.95Ti0.05Co0.95O3-δ(A)、Y0.8Ca0.2BaCoFeO5+δ(B)、Gd1+xBa1+xCo2O5+δ(x=0,±0.05，±0.1)(C)、Sm0.2Ce0.8O1.9(D)，三類陰極材料和一種電解質(zhì)。采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、熱膨脹儀(TEC)和交流阻抗法等對(duì)材料物相、微觀結(jié)構(gòu)熱

3、膨脹系數(shù)和電性能等進(jìn)行表征。
　　第三章采用檸檬酸自蔓延燃燒法合成了一種新型Sr0.95Ti0.05Co0.95O3-δ(STC)陰極粉體和Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)電解質(zhì)粉體，將STC與SDC粉體按質(zhì)量比7∶3混合，研磨后得到復(fù)合陰極。用X射線衍射儀研究其化學(xué)相容性、直流四端子法測(cè)電導(dǎo)率以及用熱膨脹儀測(cè)量其熱膨脹系數(shù);通過XRD結(jié)果表明STC在900℃能夠得到立方純鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，復(fù)合陰極STC-SDC在工作溫度區(qū)間內(nèi)具

4、有很好的化學(xué)相容性，在650℃空氣氣氛下STC-SDC與SDC之間的極化阻抗僅為0.05Ω·cm2;制備陽極支持型(NiO-SDC| SDC| STC-SDC)單電池，在450～650℃范圍內(nèi)以濕潤的H2(3％水蒸汽)為燃料氣，空氣為氧化劑進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明陽極支撐的單電池共燒1350℃可以得到一個(gè)致密的電解質(zhì)層和多孔的電極，而且650℃時(shí)單電池開路電壓0.82 V，最大輸出功率為721 mW/cm2。
　　第四章第四章介紹了元素

5、Fe對(duì)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Y0.8Ca0.2BaCo2O5+δ的摻雜。陰極材料要具有一定的離子和電子電導(dǎo)率，和相鄰組元之間要又相近的熱匹配性，Co元素是一種戰(zhàn)略儲(chǔ)備元素，同樣也具有很高的電子電導(dǎo)率，因此很多鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的陰極材料得到了深入的研究如:SmBaCo2O5+δ、GdBaCo2O5+δ、 YBaCo2O5+δ等。然而Co的摻雜在增大材料的電導(dǎo)率的同時(shí)，也增大了材料的熱膨脹系數(shù)，使得和常用的電解質(zhì)材料YSZ、SDC、LSGM的不匹配性，通過

6、對(duì)A位和B位的摻雜可以提高YBaCo2O5+δ的穩(wěn)定性降低它的熱膨脹系數(shù)，最近Gong和Wang報(bào)到用Fe的摻雜可以降低陰極材料的熱膨脹系數(shù)，增加氧離子的傳輸性能。根據(jù)Y0.8Ca0.2BaCo2O5+δ和LnBa0.5Sr0.5Co2O5+δ本實(shí)驗(yàn)制備并研究出一種新型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的陰極材料Y0.8Ca0.2BaCoFeO5+δ(YCBCF)并研究它在中低溫固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用。
　　第五章研究了一系列新的層狀鈣鈦礦氧化物Gd