Ni基类钙钛矿结构阴极材料的制备与掺杂改性

发布时间：2020-06-12 07:57

【摘要】：固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其具有能量转化率高、环境友好等特点,受到了人们的广泛关注。本文使用EDTA-柠檬酸法成功制备了三个系列的Ni基类钙钛矿结构阴极材料,并对它们进行了掺杂改性研究。第一个系列材料为Pr_(1.8)La_(0.2)Ni_(0.95-x).95-x Cu_x Al_(0.05)O_(4+δ)(x=0,0.1,0.2,0.3)。随着Cu掺杂量的增大,该系列材料的电导率逐渐增大,催化活性和单电池性能先增大后减小。其中Pr_(1.8)La_(0.2)Ni_(0.85)Cu_(0.1)Al_(0.05)O_(4+δ)材料的性能最为优异,但在700、800℃下的热稳定性不够理想。第二个系列材料为Pr_(2-y)La_yNi_(0.85)Cu_(0.1)Al_(0.05)O_(4+δ)(y=0,0.2,0.5,1.0)。随着La含量的增大,该系列材料的平均热膨胀系数逐渐增大,电化学性能逐渐降低,但热稳定性有所提升。其中综合性能最优异的是PrLaNi_(0.85)Cu_(0.1)Al_(0.05)O_(4+δ)材料,在700℃下煅烧72 h后仍未分解,但在800℃下的稳定性不够理想。第三个系列材料为Pr_(4-z)-z La_z Ni_3O_(10+δ)(z=1,2,3)。随着La掺杂量的增大,样品的电化学性能逐渐下降。此外,相比于前两个系列材料,该系列材料的电导率明显提高,且热稳定性更好,但化学活性降低了很多。其中Pr_3La_1Ni_3O_(10+δ)材料性能最为优异,在800℃下稳定性良好结果表明,PrLaNi_(0.85)Cu_(0.1)Al_(0.05)O_(4+δ)材料可作为在700℃下工作的SOFC阴极理想材料。当工作温度更高时,则Pr_3La_1Ni_3O_(10+δ)材料更加合适。
【图文】：

并取得了一定的研究成果。C 工作原理 是一种以固态氧化物作为电解质的全固态燃料电池，按电解质的传导型、质子传导型和混合传导型三种[5]。以氢气为燃料，氧离SOFC 的工作原理示意图如图 1-1 所示。阴极处，氧分子吸附在子后与电子结合生成氧离子。氧离子在浓度差与电位差的双重作到达阳极，，与燃料（氢气）发生氧化反应得到电子和产物水。与过外电路，为负载提供电能。Kroger-Vink 表达式[6]可以很好的描极反应：21+ +22O OO V e O ×→ 极反应：2-2 2+ 2OH O H O V e → + + 反应：2 2 21+2H O → H O

图 1-2 常见的 SOFC 的结构类型示意图OFC 基本组件泛应用的大功率 SOFC 系统通常是由许多单体 SOFC 堆叠而成，而每一个不开阴极、阳极、电解质和连接体这四个基本组件。选取材料时除了需要易加工、低成本的共同要求外，还应考虑各组件自身的要求以满足其工作需要。阳极材料OFC 的阳极是燃料参与电化学反应的场所，处于还原气氛中。其主要作用发生氧化反应产生的电子传输至外电路以及导入和排放气体，因而阳极材下条件：1）稳定性：在还原气氛和高温环境中，阳极材料必须具有足够的化学稳
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM911.4

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本文编号：2709238