固體氧化物燃料電池新型陰極材料的制備、摻雜改性與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、為了實(shí)現(xiàn)SOFC的中低溫(300-800℃)應(yīng)用，必須開(kāi)發(fā)在中低溫范圍內(nèi)仍有高電催化活性的陰極材料。本論文圍繞開(kāi)發(fā)中溫高性能SOFC陰極材料的目標(biāo)，從新型結(jié)構(gòu)材料研究、離子摻雜和微結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面，重點(diǎn)研究了陰極材料的相結(jié)構(gòu)、熱膨脹性能、電導(dǎo)率、電化學(xué)性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，制備了適合中溫SOFC的高催化活性陰極材料。按研究方向可分為三部分實(shí)驗(yàn)，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.研究了準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)陰極材料Sr0.7Y0.3CuO2+δ(SYCu)

2、的相組成，從結(jié)構(gòu)上分析了其可作為高電催化活性SOFC陰極材料的機(jī)理。作為潛在的中溫SOFC陰極材料，SYCu在600℃、700℃和800℃時(shí)的極化電阻分別僅為0.55Ω·cm2、0.11Ω·cm2和0.029Ω·cm2，800℃條件下，電流密度為100mA/cm2時(shí)極化電位僅為4.9mV，展現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)氧還原性能。從室溫到800℃的平均熱膨脹系數(shù)為11.1×10-6/℃，與SDC電解質(zhì)的熱膨脹相匹配。與電解質(zhì)SDC在950℃煅燒5h

3、后的XRD結(jié)果表明，兩者化學(xué)相容性良好。在800℃條件下操作100h后，半電池的電化學(xué)性能表現(xiàn)仍然穩(wěn)定。
　　2.研究了采用離子取代的方法對(duì)六方晶型BaFeO3氧化物進(jìn)行La摻雜，結(jié)果當(dāng)La摻雜量不大于0.2時(shí)，化合物的結(jié)構(gòu)被穩(wěn)定為立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步增大摻雜量，相結(jié)構(gòu)則向正交結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。進(jìn)一步研究其熱膨脹、電導(dǎo)率、電化學(xué)等性能則發(fā)現(xiàn)，隨La摻雜量增大，Ba1-xLaxFeO3-δ的熱膨脹系數(shù)減小，電子電導(dǎo)率增大。四種配比中，Ba

4、0.9La0.1FeO3-δ有最好的電化學(xué)性能，在800℃極化電阻僅為0.079Ω·cm2，Ba0.7La0.3FeO3-δ的極化電阻最大，為0.125Ω·cm2，然而他們的性能都已經(jīng)滿(mǎn)足IT-SOFC的使用要求。此外，在極化條件下測(cè)試其電化學(xué)表現(xiàn)則表明，不同組分的Ba1-xLaxFeO3-δ隨極化電壓的增大表現(xiàn)不同。但低頻電阻更多的受極化電壓的影響，極化條件下氧在陰極表面的擴(kuò)散成為反應(yīng)速率控制步驟。
　　3.研究了利用離子浸漬法

5、進(jìn)行陰極微結(jié)構(gòu)表面修飾，優(yōu)化陰極微結(jié)構(gòu)來(lái)提高陰極性能。對(duì)La0.7Sr0.3CuO3-δ(LSCu)陰極浸漬Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)納米顆粒成功的提高了復(fù)合陰極的電化學(xué)性能，浸漬比例為15％時(shí)性能最優(yōu)，700℃時(shí)極化電阻僅為0.043Ω·cm2，而未浸漬的陰極極化電阻為0.58Ω·cm2。過(guò)量的浸漬則會(huì)減少氧還原反應(yīng)活性區(qū)域，同時(shí)造成陰極孔隙率降低，氧氣擴(kuò)散受阻。XRD結(jié)果顯示，BSCF在800℃熱處