静电纺丝法制备SOFC复相阴极材料LSCF-GDC及其电化学性能研究

发布时间：2017-11-26 11:04

  本文关键词：静电纺丝法制备SOFC复相阴极材料LSCF-GDC及其电化学性能研究

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【摘要】：固体氧化物燃料电池(SOFC)采用全固态陶瓷材料,是将燃料中的化学能转化成为电能的一种装置。具有生态友好、能量利用率高、安全性能良好、绿色环保和燃料来源广泛等特点。发展中低温(500～800℃)下工作的SOFC成为了近年来SOFC发展的方向。然而,阻抗增加、电极催化活性降低等问题,尤其体现在阴极方面。因此如何在保持高电催化活性的同时降低阴极的损耗成为目前SOFC的研究重点方向。钙钛矿型结构的La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ材料在拥有良好离子电子导电性的同时也具备低热膨胀系数,高电催化活性的优点,是一种十分有前景的材料。另外,阴极内部的结构特点也是决定阴极性能的关键,其中三维网络结构状的LSCF阴极具有比表面积大、孔隙率高、气体通透性好的优点。静电纺丝法是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下被拉伸形成喷射流进行纳米纤维网络结构纺丝加工的工艺。本研究采用有机物络合溶胶一凝胶法制备了含多金属离子的前驱液。通过静电纺丝法制备了均一稳定的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ纤维,并重点研究了PVP含量、电压、喷丝距离、供料速率等工艺参数对静电纺丝法制备LSCF纳米纤维形貌的影响。通过TG-DTA、XRD、SEM、TEM等分析测试手段对制备的LSCF纳米纤维的晶相、微观形貌、元素组成、尺寸大小等进行表征,得出经过800℃煅烧后LSCF纤维丝为单晶结构,形成了纯钙钛矿晶相。将制备出来的纤维纺丝研磨后制备出阴极浆料,使用丝网印刷法涂覆在电解质层上,制备出阴极对称电池。为了减少阴极的极化阻抗,本文采用Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)浸渍纤维状La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)制备了LSCF-GDC复相阴极材料,并以LSCF-GDC复相纤维为阴极,制备了阴极对称电池(LSCF+GDC‖GDC‖LSCF+GDC)。LSCF-GDC复相阴极具有较好的电化学性能。在空气气氛和750℃工作温度下,当GDC与LSCF质量比分别为0：1、0.17：1、0.38：1、0.54：1时,复相阴极的阻抗分别为0.64 Ω·cm2、 0.42 Ω·cm2、0.27Ω·cm2、0.38Ω·cm2。再进一步制备出GDC纤维,并将其与LSCF纤维复合制备成阴极。在750℃时,质量分数为10%、20%、30%的GDC纤维与LSCF纤维均匀混合时极化阻抗分别为0.53、0.33、0.73Ω·cm2。在750℃下,纯LSCF阴极、浸渍含量为38%GDC的LSCF阴极、LSCF-20GDC复合纤维阴极制备的单电池(NiO+YSZ‖YSZ‖LSCF)和(NiO+YSZ‖YSZ‖LSCF+GDC)的功率密度分别为0.56 wcm-2、0.81 wcm-2及0.68wcm-2。
【学位授予单位】：景德镇陶瓷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4;O646

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