BaZrO 3-δ 基质子导体的烧结与BaFeO 3-δ 基三重导电阴极材料的性能研究

发布时间：2021-10-16 03:54

　　固体氧化物燃料电池（SOFCs）因其出色的法拉第效率,极低的环境污染以及强大的燃料适应性而受到研究人员的广泛关注。然而,因高工作温度（¹000°C）所引起的材料性能退化和密封之类的问题的存在,使传统的SOFC的商业化受到了极大的阻碍。研究人员为降低SOFC工作温度做出了许多努力,其中一个有效且极具吸引力的方法是开发质子传导型的SOFCs（H⁺–SOFCs）。与传统的氧离子传导型SOFCs(O^2-–SOFCs)相比,质子导体电解质在500°C–700°C之间具有较高的离子电导率和较低的活化能,因此质子传导型的SOFCs（H⁺–SOFCs）更适合实际应用。此外,H⁺–SOFCs在运行时会在电池的阴极侧形成水,这有助于实现高燃料利用率和令人满意的能斯特电动势。本论文主要围绕H⁺–SOFCs的电解质材料和三重导电阴极材料两方面展开研究。第一章,简要介绍了SOFC的发展背景、工作原理以及各组成部分,并围绕H⁺–SOFCs的电解质材料和阴极材料的... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

O2-SOFC工作原理示意图[1]

第一章绪论5图1.2H+–SOFC和O2–SOFC工作原理示意图[2]1.3.1质子导体型固体氧化物燃料电池电解质材料电解质作为SOFC单电池的关键组成部分，它的离子电导率的高低不但能直接决定整个SOFC单电池运行温度的高低，而且还决定着与之相匹配的电极材料的选择。自1981年Iwahara等人[3-5]首次报道了掺杂SrCeO3和BaCeO3等氧化物在水蒸气或湿H2气氛下呈现出一定程度的质子导电性，紧接着更多的同类型的具有质子导电性的掺杂氧化物CaZrO3、SrZrO3、BaZrO3、KTaO3和LnScO3(Ln=La、Nd、Sm、Gd)等如雨后春笋般被相继报导。质子能够在这些掺杂钙钛矿氧化物中传导的一个前提条件是氧化物中有晶格氧空位的存在，通过在高温下快速吸收水蒸气或H2进而生成质子缺陷。与氧离子导体相比，质子导体在中低温下通常具有更高的电导率，并且质子在氧化物中的扩散活化能相对较低，这有助于中低温SOFC的开发。另外，高温燃料电池所面临的诸如热膨胀匹配性、密封材料热稳定性、材料强度和寿命等问题可以得到有效抑制。在H+–SOFC电解质材料体系中，目前研究最多的是BaCeO3基和BaZrO3基系列。BaCeO3基的钙钛矿氧化物具有较高的质子电导率（在600°C下≥10-2Scm-1），材料的可烧结性也相对较高。然而，这类材料通常存在化学稳定性较差的问题，与CO2等酸性气体极易反应生成BaCO3和CeO等二次相，同时也易与水蒸气发生反应生成氢氧化物。然而，在H+–SOFC实际工作环境下，CO2和H2O的生成实在是不可避免，这无疑会加速BaCeO3的分解，严重阻碍BaCeO3

第二章两种不同ZnO添加策略对质子导体电解质BaZr0.4Ce0.4Y0.2O3-δ烧结性的影响13BaO的蒸发有关（图2.2b）[34]。此外，BZCY–ZnO样品中Zn的均匀分布表明Zn可以溶解在钙钛矿结构的B位或存在于间隙位置[38]。图2.11250°C和1350°C烧结下的样品的XRD图谱：(a)–(b)BZCYZn；(c)–(d)BZCY–ZnO


本文编号：3439096