铬酸镧材料的制备及其性能的研究

发布时间：2017-08-10 19:29

  本文关键词：铬酸镧材料的制备及其性能的研究

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【摘要】：可持续发展能源引起了科研机构和类似的行业越来越多的关注,与国际开发清洁能源、氢气、可再生能源,以及水的再利用和回收相竞争。随着能源需求的增长,消耗的化石燃料量增加,气候和环境受到影响,这是提高发电效率和发展可再生能源的迫切需要。燃料电池是一种能量转换装置,利用电化学直接将燃料如氢气、甲醇、乙醇、天然气和碳氢化合物的化学能转变电能。因此,燃料电池是一个效率比传统的能源转换技术要高的装置。SOFC连接板的主要功能是在电池堆中连接一个电池的阴极和下一个电池的阳极,并能将燃料和氧化剂分离开。因此,连接板材料必须在还原气氛和氧化气氛下稳定,气密性好,在工作条件下,有良好的电导率。目前,铬酸镧材料是最常用的连接板材料,铬酸镧属于ABO3型钙钛矿体系化合物,通过对La位和Cr位的掺杂可以使材料具有较高的电导率,同时也具备与电池其他部件相匹配的热膨胀系数。本论文采用低温燃烧法合成了La0.75Sr0.25Cr1-xO3-δ(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)材料粉体,通过无压烧结对粉体烧结。研究Cr缺位对材料显微形貌、烧结性能、电性能和热膨胀性能的影响,探讨设计材料是否具有燃料电池连接板的潜能。研究发现,La0.75Sr0.25Cr1-xO3-δ(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)粉体经过1400℃烧结4h后均为钙钛矿结构。随着Cr缺位增加,晶胞体积逐渐减小。块材的相对密度由93.2%(x=0)增加到最大值94.7%(x=0.02),然后逐渐下降到87.7%(x=0.04)。样品的热膨胀系数在10.60~10.98×10-6 K-1(30~1000℃)范围内,与YSZ有较好的热膨胀匹配。在以上所有样品中,Cr缺位x=0.02的样品在850℃有最高的电导率40.4 S/cm和最低的Seebeck系数154.806μVK-1。实验结果证明,La0.75Sr0.25Cr0.98O3-δ具备最佳的性能,并符合燃料电池连接板性能要求。进而改变烧结工艺,使用放电等离子烧结炉对材料在1300℃、1400℃和1500℃下进行烧结,研究烧结工艺对La0.75Sr0.25Cr0.98O3-δ材料性能的影响。使用放电等离子在1300~1500℃下烧结,烧结压力45MPa,烧结时间5 min。在1500℃烧结后,烧结体的相对密度达到98.5%。在850℃时1500℃烧结的样品有最大的电导率为15.3 S/cm,要比无压烧结样品的电导率低2~3倍。SPS烧结的样品的断裂韧性分别为1.71±0.12MPa·m1/2(1300℃)、1.66±0.12 MPa·m1/2(1400℃)、1.43±0.11 MPa·m1/2(1500℃),均比无压烧结的要高。平均热膨胀系数随烧结温度升高逐渐减小,分别为10.50×10-6 K-1(1300℃)、9.8×10-6 K-1(1400℃)、9.4×10-6 K-1(1500℃)。在以上测试的样品中,结果显示无压烧结的样品具有最佳的性能,适合作为燃料电池连接板材料。
【关键词】：连接体 燃烧法 电导率 热膨胀系数
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O614.331;TM911.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8-9
• 1.2 铬酸镧材料的研究现状9-16
• 1.2.1 铬酸镧粉体的合成10-12
• 1.2.2 铬酸镧材料的烧结12-13
• 1.2.3 掺杂对铬酸镧材料性能的影响13-16
• 1.3 本论文的选题意义和主要研究内容16-18
• 第二章 实验过程与研究方法18-23
• 2.1 实验原料18
• 2.2 粉体制备18-19
• 2.3 块材的制备19
• 2.4 材料的性能表征19-23
• 2.4.1 粉体及块材的X-射线衍射分析19
• 2.4.2 块材的致密度测量19
• 2.4.3 块材的显微形貌分析19-20
• 2.4.4 块材的热膨胀系数20
• 2.4.5 块材的电导率及Seebeck系数20-21
• 2.4.6 块材的弹性模量测试21
• 2.4.7 块材的硬度及断裂韧性测试21-23
• 第三章 无压烧结掺杂铬酸镧材料的性能23-36
• 3.1 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(1-x)O_(3-δ)前驱体粉体制备23-26
• 3.2 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(1-x)O_(3-δ)块材的相分析26-28
• 3.3 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(1-x)O_(3-δ)块材的显微结构28-29
• 3.4 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(1-x)O_(3-δ)块材的电性能29-33
• 3.5 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(1-x)O_(3-δ)块材的热膨胀性能33-34
• 3.6 本章小结34-36
• 第四章 放电等离子烧结La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.98)O_(3-δ)的性能36-47
• 4.1 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.98)O_(3-δ)块材的相分析36-37
• 4.2 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.98)O_(3-δ)块材的显微形貌37-38
• 4.3 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.98)O_(3-δ)块材的力学性能38-40
• 4.4 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.98)O_(3-δ)块材的热膨胀性能40-42
• 4.5 La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.98)O_(3-δ)块材的电性能42-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 结论47-49
• 参考文献49-53
• 致谢53-54
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果54

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张邦强,李胜利,孙良成,李德辉,刘如伟,李静;有机凝胶法制备掺杂铬酸镧的纳米粉体[J];硅酸盐学报;2005年04期

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本文编号：652279