含有铁和铌的固体氧化物燃料电池电极材料性能研究

发布时间：2018-04-18 13:36

  本文选题：固体氧化物燃料电池 + 电极材料　； 参考：《吉林大学》2015年硕士论文

【摘要】：固体氧化燃料电池(SOFC)是一种高效的,环境友好的电化学能量转化装置,由于其优秀的性能而被重视,并应用于移动电源及其他固定电站。当前固体氧化物燃料电池研究的趋势是向中低温发展。然而随着温度的降低,阴极极化阻抗也随之增大,致使整个电池性能下降。因此开发具有优异性能的中低温阴极材料已成为SOFC的重要研究方向。另外,传统的阳极存在碳沉积、硫中毒等问题,限制了以碳氢为燃料的SOFC发展。 钙钛矿结构的氧化物SrCoO3-δ有三种不同的晶体结构：正交结构的钙铁石相“O”,六角相“H”,立方钙钛矿相“C”。其中立方钙钛矿结构的SrCoO3-δ是非常重要的母体化合物,因其具有突出的催化活性,高的氧渗透性以及理想的混合离子电子电导率。但是,将立方结构的SrCoO3-δ投入到实际应用,还存在一些挑战。其中,一个主要的问题是如何使SrCoO3-δ在室温下也能保持高温才有的立方结构,以保证材料的结构稳定性。一个有效的方法是在可以代替SrCoO3-δ的B位进行可行的掺杂,建立稳定的结构并保持其良好的离子电导率。B位掺杂的SrCoO3-δ氧化物已经应用于氧分离膜和中温固体氧化物燃料电池阴极的研究。在Teraoka等人关于La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ系列钙钛矿结构材料作为氧渗透膜的研究中,首次提出SrCo0.8Fe0.203-δ (SCF)材料具有极高的氧渗透性而成为一个典型的应用[15]。不幸的是,SCF钙钛矿材料的不稳定性影响其应用,在之后的研究中发现利用可代替的高化合价阳离子掺入B位可以有效的提高钙钛矿材料的结构稳定性。Nb是可以最有效的改变相稳定性和氧渗透率的可用阳离子。另外最近有研究表示Nb代替Co掺入La0.1Sr0.9Co1-xNbxO3-δ与未掺的La0.1Sr0.9CoO3-δ目比具有更好的结构稳定性和电化学性能。本文章中,以固相法合成的SCFN材料,电导率与电化学性能随Fe含量的增加而减弱；在500℃时,电导率达到最大值,SCFNO为357S cm-1, SCFN1为218S cm-1；在700℃时,SCFN为阴极LSGM为电解质的对称电池极化阻抗值SCFNO为0.091Ω cm2,SCFN1为0.115Ω cm2；在800℃时,最大功率密度SCFNO为756mW cm-2, SCFN1为615mW cm-2;在30-1000℃范围内,SCFN0的平均热膨胀系数为19.9×10-6K-1,SCFN1的平均热膨胀系数为23.0×10-6K-1。结果表明,SCFN材料可以很好地应用于中温固体氧化物燃料电池的阴极。 另外,A2BBO6型双钙钛矿结构氧化物,以其大量的含氧量及优秀的隧穿磁阻效应而引起研究者的广泛关注,并作为SOFC的阳极材料进行研究。其中Mg,Mn, Mo和Cr的掺杂被研究的尤为广泛。另外,A2BBO6型双钙钛矿结构氧化物,B位可以是不同氧化态不同的离子,B位也成为不同元素的可能掺杂位,为阳极材料的研究提供了更多的可能性。双钙钛矿氧化物Sr2FeMoO6-δ在CH4氧化方面表现出了很好的催化活性,并且在1200℃下的低氧分压气氛下能够稳定存在,这引起了我们极大的兴趣。在本文中,以固相法合成的SFNM材料,SFNM材料获得了稳定的立方钙钛矿结构；电导率呈现半导体导电特性,在800℃时,最大功率密度SMFN为329mW cm-2;在30-1000℃范围内,SMFN的平均热膨胀系数为14.6×10-6K-1。结果表明,SMFN材料可以应用于固体氧化物燃料电池作为电池的阳极。
[Abstract]:Solid Oxide Fuel Cell ( SOFC ) is an efficient and environmentally friendly electrochemical energy conversion device , which has been paid much attention due to its excellent performance and is applied to mobile power supply and other fixed power stations .

The SrCoO3 - 未 oxide ( SrCoO3 - 未 ) with cubic perovskite structure has been applied to the cathode of oxygen separation membrane and medium temperature solid oxide fuel cell . In the study of Teraoka et al . on La1 - xSrxCo1 - yFeO3 - 未 series perovskite structure material as oxygen permeable membrane , the SrCo0 . 8Fe0 . 203 - 未 ( SCF ) material has very high oxygen permeability . It is found that the stability of the perovskite material can be effectively improved by doping B - position with the substitution of high valency cations . Nb is the most effective available cation to change the phase stability and oxygen permeability . In addition , it has been shown that Nb can be used instead of Co to mix La0.1Sr0 . 9Co1 - xNbxO3 - 未 with the undoped La0.1Sr0 . 9CoO3 - 未 - mesh ratio , which has better structural stability and electrochemical performance .
At 500 鈩，

本文编号：1768589