R-P型层状钙钛矿结构对称电极的制备与性能研究
发布时间：2021-01-27 02:40
固体氧化物燃料电池（SOFCs）可将多种燃料的化学能直接转换成电能,具有高效、清洁的优点。然而,传统的SOFC制作工艺复杂、成本高,并且在烃类燃料下阳极会出现碳沉积、硫中毒的现象。对称固体氧化物燃料电池（SSOFCs）通过使用同一种材料作为阴、阳极使制作工艺简化、成本低廉从而得到广泛关注。并且该结构电池可通过调换阴极和阳极两侧气路来解决传统SOFC遇到的碳沉积以及硫中毒的问题。本文对不同层数的R-P型层状钙钛矿结构对称电极进行研究,对其进行掺杂、复合改性等优化处理,并对其进行粉体XRD物相及XPS分析,测试了粉体化学相容性和热膨胀系数,探讨了电极导电性和氧化还原气氛下的稳定性。主要内容如下:采用柠檬酸-EDTA合成法制备的R-P型电极粉体（A3B2O7）La0.25Sr2.75Fe2O7-δ（LSFO7）与GDC具有良好的化学匹配性,并且在氧化还原气氛中展现了优异的氧化还原可逆性以及电导性能。其中在空气氧化气氛中...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC工作原理示意图：（a）H-SOFC；（b）O-SOFCFigure1-1Theschematicdiagramof(a)H-SOFCand(b)O-SOFC
1绪论9境下，因此电极也需要在这种氧化还原气氛（较宽的氧分压）下保持与相接触部件有着良好的热匹配性。图1-2阳极侧三相反应界面示意图Figure1-2Schematicdiagramofthreephasereactioninterfaceonanode1.5对称固体氧化物燃料电池电极材料的研究进展(AdvancesinElectrodeMaterialsforSymmetricalSolidOxideFuelCells)近年来，许多研究人员对传统SOFC的非Ni基离子-电子混合导体的阳极做出了研究报道[47-49]。这种阳极大多数是钙钛矿型结构、双钙钛矿结构以及类钙钛矿结构，这些结构的电极材料都具有较好的混合电导性以及较好的氧离子交换系数。事实上，用于传统SOFC的大多数非金属阳极材料都适合作为SSOFC电极材料，因为传统SOFC的阳极材料处于燃料还原气氛和空气中都具有良好的结构稳定性。由于传统SOFC的阴极材料在燃料还原气氛中不一定会保持结构稳定，因此其并不一定适合作为SSOFC电极材料。目前为止，SSOFC电极材料的研究体系有LnMO3基、SrTiO3基、SrFeO3基和Sr2Fe1.5Mo0.5O6基等。1.5.1LnMO3（Ln=La，Pr）基电极材料LnCrO3基电极早期时间被用作传统SOFC的电极材料，发现其无论是在氢气还原气氛下还是在空气氧化气氛下都能够保持一个稳定的结构，由于也表现出了良好的电导行为，所以将其也将其运用在SSOFC中。其中以La0.7Ca0.3CrO3（LCC）为例的A位掺杂的对称电极已经成功运用在SSOFC中[50]，以LCC为对称电极，厚度为200μm的YSZ为电解质制备的SSOFC在氢气作为燃料气体时950℃下最大功率达到110mW/cm2；当以CH4为燃料时，单电池在其气氛下的催化活性并不高，最大功率值只有25mW/cm2。这些测试表明LCC为对称电极制备的单电池都不能满足商业化的需求[51]。钙钛矿型材料对于燃料气体的催化活性主要靠B
目[70]。当 n=1 时[71-72]，为典型的 K2NiF4 型层状类钙钛矿氧化物（具有一层钙钛矿结构和一层 AO 岩盐层）；当 n=2 时，为双层钙钛矿结构夹一层 AO 岩盐层结构的类钙钛矿氧化物；而当 n=∞时，即为常见的钙钛矿（ABO3）结构。A 位主要为 Ba、La、Ca 等金属元素，B 位大多数为过渡族变价元素（Fe、Co、Ni 等），可采取调节 A、B 位之间的成分，改变内部结构氧含量变化，让该结构内部最大量存在氧的非化学计量比（高或低的计量比），从而使内部结构拥有一定的化学缺陷，而这一化学缺陷将会大大改善该结构材料的电化学性能。同时，该类型结构的材料有着高温条件下稳定性好、离子-电子混合电导率高、氧体扩散和表面交换能力强以及催化活性高等优点。
本文编号：3002275
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC工作原理示意图：（a）H-SOFC；（b）O-SOFCFigure1-1Theschematicdiagramof(a)H-SOFCand(b)O-SOFC
1绪论9境下，因此电极也需要在这种氧化还原气氛（较宽的氧分压）下保持与相接触部件有着良好的热匹配性。图1-2阳极侧三相反应界面示意图Figure1-2Schematicdiagramofthreephasereactioninterfaceonanode1.5对称固体氧化物燃料电池电极材料的研究进展(AdvancesinElectrodeMaterialsforSymmetricalSolidOxideFuelCells)近年来，许多研究人员对传统SOFC的非Ni基离子-电子混合导体的阳极做出了研究报道[47-49]。这种阳极大多数是钙钛矿型结构、双钙钛矿结构以及类钙钛矿结构，这些结构的电极材料都具有较好的混合电导性以及较好的氧离子交换系数。事实上，用于传统SOFC的大多数非金属阳极材料都适合作为SSOFC电极材料，因为传统SOFC的阳极材料处于燃料还原气氛和空气中都具有良好的结构稳定性。由于传统SOFC的阴极材料在燃料还原气氛中不一定会保持结构稳定，因此其并不一定适合作为SSOFC电极材料。目前为止，SSOFC电极材料的研究体系有LnMO3基、SrTiO3基、SrFeO3基和Sr2Fe1.5Mo0.5O6基等。1.5.1LnMO3（Ln=La，Pr）基电极材料LnCrO3基电极早期时间被用作传统SOFC的电极材料，发现其无论是在氢气还原气氛下还是在空气氧化气氛下都能够保持一个稳定的结构，由于也表现出了良好的电导行为，所以将其也将其运用在SSOFC中。其中以La0.7Ca0.3CrO3（LCC）为例的A位掺杂的对称电极已经成功运用在SSOFC中[50]，以LCC为对称电极，厚度为200μm的YSZ为电解质制备的SSOFC在氢气作为燃料气体时950℃下最大功率达到110mW/cm2；当以CH4为燃料时，单电池在其气氛下的催化活性并不高，最大功率值只有25mW/cm2。这些测试表明LCC为对称电极制备的单电池都不能满足商业化的需求[51]。钙钛矿型材料对于燃料气体的催化活性主要靠B
目[70]。当 n=1 时[71-72]，为典型的 K2NiF4 型层状类钙钛矿氧化物（具有一层钙钛矿结构和一层 AO 岩盐层）；当 n=2 时，为双层钙钛矿结构夹一层 AO 岩盐层结构的类钙钛矿氧化物；而当 n=∞时，即为常见的钙钛矿（ABO3）结构。A 位主要为 Ba、La、Ca 等金属元素，B 位大多数为过渡族变价元素（Fe、Co、Ni 等），可采取调节 A、B 位之间的成分，改变内部结构氧含量变化，让该结构内部最大量存在氧的非化学计量比（高或低的计量比），从而使内部结构拥有一定的化学缺陷，而这一化学缺陷将会大大改善该结构材料的电化学性能。同时，该类型结构的材料有着高温条件下稳定性好、离子-电子混合电导率高、氧体扩散和表面交换能力强以及催化活性高等优点。
本文编号：3002275
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