固体氧化物燃料电池钙钛矿阴极材料的研究

发布时间：2018-04-24 06:05

  本文选题：中低温固体氧化物燃料电池 + 阴极材料　； 参考：《安徽理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将化学能直接转化成电能的装置,由于它具有能源转化率高,环境污染少,燃料选择范围宽等优点被誉为21世纪绿色能源。传统的SOFC在高温下(1000℃)因为运行温度高,材料的选择范围窄,成本高等缺点限制了它的发展,因此发展中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC400-800℃)会大大降低材料的成本,加快它的商业化。但是温度的降低也会同时减少阴极材料传输氧离子的能力,因此开发中低温阴极材料成为亟待解决的问题。 本文主要研究成果总结如下： 本论文采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧合成法制备了Sr0.95Ti0.05Co0.95O3-δ(A)、 Y0.8Ca0.2BaCoFeO5+δ(B)、Gd1+xBa1+xCo2O5+δ (x=0,±0.05,±0.1)(C)、Sm0.2Ce0.8O1.9(D),三类阴极材料和一种电解质。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热膨胀仪(TEC)和交流阻抗法等对材料物相、微观结构热膨胀系数和电性能等进行表征。 第三章采用柠檬酸自蔓延燃烧法合成了一种新型Sr0.95Ti0.05Co0.95O3-δ(STC)阴极粉体和Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)电解质粉体,将STC与SDC粉体按质量比7：3混合,研磨后得到复合阴极。用X射线衍射仪研究其化学相容性、直流四端子法测电导率以及用热膨胀仪测量其热膨胀系数；通过XRD结果表明STC在900℃能够得到立方纯钙钛矿结构,复合阴极STC-SDC在工作温度区间内具有很好的化学相容性,在650℃空气气氛下STC-SDC与SDC之间的极化阻抗仅为0.05Ω2·cm2；制备阳极支持型(NiO-SDC|SDC|STC-SDC)单电池,在450-650℃范围内以湿润的H2(3%水蒸汽)为燃料气,空气为氧化剂进行测试。结果表明阳极支撑的单电池共烧1350℃可以得到一个致密的电解质层和多孔的电极,而且650℃时单电池开路电压0.82V,最大输出功率为721mW/cm2. 第四章第四章介绍了元素Fe对钙钛矿结构的Y0.8Ca0.2BaCo2O5+δ的掺杂。阴极材料要具有一定的离子和电子电导率,和相邻组元之间要又相近的热匹配性,Co元素是一种战略储备元素,同样也具有很高的电子电导率,因此很多钙钛矿结构的阴极材料得到了深入的研究如：SmBaCo2O5+δ、GdBaCo2O5+δ、YBaCo2O5+δ等。然而Co的掺杂在增大材料的电导率的同时,也增大了材料的热膨胀系数,使得和常用的电解质材料YSZ、SDC、LSGM的不匹配性,通过对A位和B位的掺杂可以提高YBaCo2O5+δ的稳定性降低它的热膨胀系数,最近Gong和Wang报到用Fe的掺杂可以降低阴极材料的热膨胀系数,增加氧离子的传输性能。根据Y0.8Ca0.2BaCo2O5+δ和LnBa0.5Sr0.5Co2O5+δ本实验制备并研究出一种新型钙钛矿结构的阴极材料(YCBCF)并研究它在中低温固体氧化物燃料电池中的应用。 第五章研究了一系列新的层状钙钛矿氧化物Gd1+xBa1+xCo2O5+δ (x=0,±0.05,±0.1)，，并从中研究得出随着x的增大其电导率逐渐增大,当x=0.1时其电导率达到最大(700-1100S·cm-1),并深入研究了它在电化学方面的性能。
[Abstract]:Solid oxide fuel cell (SOFC) is a kind of device which converts chemical energy directly into electric energy. Because of its advantages of high energy conversion, less environmental pollution and wide range of fuel selection, it is praised as green energy in the 21st century. The development of traditional SOFC is limited by its high operating temperature, narrow selection range of materials and high cost. Therefore, IT-SOFC400-800 鈩

本文编号：1795445