中温固体氧化物燃料电池阴极材料LSMM的制备及性能研究

发布时间：2017-08-18 01:30

  本文关键词：中温固体氧化物燃料电池阴极材料LSMM的制备及性能研究

  更多相关文章： 固体氧化物燃料电池 阴极材料 钙钛矿 电解质 NO直接分解

【摘要】：针对固体氧化物燃料电池(SOFC)在高温方面的局限性,本文以中温SOFC阴极材料及其匹配的电解质为研究对象,通过采取不同的制备方法、B位掺杂改性的手段,制备出一系列钙钛矿型阴极材料和萤石结构的电解质,结合多种现代分析方法研究了其基本性能,筛选出合适的阴极材料,探讨了将其组装成单电池的电化学性能,并将其用于脱硝。采用EDTA-柠檬酸法制备了阴极材料La0.7Sr0.3Mn1-xMgrO3-δ(简写为LSMM, x=0,0.1,0.2)。运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重(TG)、红外光谱(FT-IR)和热膨胀系数(TEC)测定等多种表征手段对该阴极材料的物相结构、微观形貌和热膨胀性能进行研究。结果显示LSMM具有三方钙钛矿结构,通过不同掺杂比得到的阴极材料微观结构相似。随着Mg掺杂量的增加,材料的氧空位量逐渐增大,这有利于阴极氧还原反应的进行；相比于La0.7Sr0.3Mn03-6(LSMO)和La0.7Srt0.3Mn0.9Mg0.1O3-δ(LSMM 10), La0.7Sr0.3Mn0.8Mg0.2O3-δ(LSMM20)的TEC值(10.6×10-6K-1)与电解质Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)的TEC值(11.4×10-6K-1)最为接近,两者匹配性更好,这与化学相容性测试结果和SEM图片相一致。电化学性能测试结果显示,LSMM20有更高的氧还原活性,适合用作中温SOFC阴极材料。分别采用EDTA-柠檬酸法、共沉淀法和甘氨酸(GNP)法制备了电解质材料SDC,通过XRD、SEM、透射电镜(TEM)及电化学上作站等对其结构、形貌和电化学性能进行了研究。结果表明不同制备方法得到的SDC晶体结构一致；电解质材料SDC与经过筛选的阴极材料LSMM20具有较好的高温化学相容性；以GNP法合成的SDC为电解质材料时,单电池(Ni-SDC/SDC/LSMM20)的电化学性能更为优异。采用EDTA-柠檬酸法制备了阴极材料LSMM20,并通过固定床装置测试了将其作为NO直接分解催化剂的活性。催化性能测试结果表明,当操作温度达到600℃时,LSMM20对NO的脱除率高达98.6%。组装单电池Ni-SDC/SDC/LSMM20并进行电化学性能测试,当以0.5%NO为阴极气体,10%H2为阳极气体,操作温度为700℃时,电池在开路电压下的最大功率密度可达到13.06 mW·cm-2。
【关键词】：固体氧化物燃料电池 阴极材料 钙钛矿 电解质 NO直接分解
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM911.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 研究背景11
• 1.2 燃料电池11-13
• 1.2.1 燃料电池的原理及分类11-13
• 1.2.2 燃料电池的发展13
• 1.3 固体氧化物燃料电池13-15
• 1.3.1 固体氧化物燃料电池的工作原理13-14
• 1.3.2 固体氧化物燃料电池的优点14
• 1.3.3 固体氧化物燃料电池的发展现状14-15
• 1.4 固体氧化物燃料电池关键材料15-20
• 1.4.1 阳极材料15-16
• 1.4.2 电解质材料16-17
• 1.4.3 阴极材料17-20
• 1.5 固体氧化物燃料电池的应用研究20-22
• 1.5.1 固体氧化物燃料电池的主要应用20
• 1.5.2 国内外脱硝技术研究进展20-21
• 1.5.3 基于固体氧化物燃料电池脱硝的研究进展21-22
• 1.5.4 应用于固体氧化物燃料电池脱硝的阴极材料22
• 1.6 本课题研究目的和内容22-24
• 2 实验24-32
• 2.1 实验药品及仪器24-25
• 2.2 样品的制备25-28
• 2.2.1 粉体的合成25-27
• 2.2.2 浆料的制备27
• 2.2.3 电池的制备27-28
• 2.3 测试与表征方法28-32
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)28
• 2.3.2 粉体比表面积测试28
• 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)28
• 2.3.4 透射电子显微镜(TEM)28-29
• 2.3.5 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)29
• 2.3.6 碘滴定法测定非化学计量氧29
• 2.3.7 热重-差热分析(TG-DTA)29
• 2.3.8 热膨胀系数测试(TEC)29-30
• 2.3.9 电化学阻抗谱测试(EIS)30
• 2.3.10 单电池性能测试30-32
• 3 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)阴极材料的制备及性能研究32-47
• 3.1 实验32-33
• 3.1.1 电极材料的制备32-33
• 3.1.2 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)的性能表征33
• 3.2 结果与讨论33-45
• 3.2.1 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)物相分析33-35
• 3.2.2 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)化学相容性分析35-36
• 3.2.3 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)比表面积测试36
• 3.2.4 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)红外光谱分析36-37
• 3.2.5 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)非化学计量氧计算37-38
• 3.2.6 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)热膨胀系数测试38-39
• 3.2.7 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)微观形貌39-41
• 3.2.8 La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(1-x)Mg_xO_(3-δ)电化学阻抗谱分析41-44
• 3.2.9 单电池性能测试44-45
• 3.3 本章小结45-47
• 4 Ni-SDC/SDC/La_(0.7)Sr_(0.3)Mn_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)电池的构建及性能研究47-60
• 4.1 实验47-49
• 4.1.1 电极材料的制备47
• 4.1.2 Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)的制备47-48
• 4.1.3 样品的性能表征48-49
• 4.2 结果与讨论49-58
• 4.2.1 样品的物相分析49-51
• 4.2.2 阴极与电解质的化学相容性分析51-52
• 4.2.3 样品的微观形貌52-55
• 4.2.4 样品的电导率测试55-56
• 4.2.5 电化学阻抗谱分析56-57
• 4.2.6 单电池性能测试57-58
• 4.3 本章小结58-60
• 5 基于Ni-SDC/SDC/LSMM电池的产电及脱硝性能测试60-69
• 5.1 实验60-62
• 5.1.1 催化剂LSMM的性能表征60-61
• 5.1.2 电池性能测试61-62
• 5.2 结果与讨论62-67
• 5.2.1 LSMM的微观形貌62-63
• 5.2.2 LSMM的催化性能63-64
• 5.2.3 操作温度对电池性能的影响64-65
• 5.2.4 NO浓度对电池性能的影响65-66
• 5.2.5 电化学阻抗谱分析66-67
• 5.3 本章小结67-69
• 6 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 创新点70
• 6.3 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-79
• 附录79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林传善;;退铬阴极的改进[J];电镀与精饰;1985年04期

2 肖海明;;中南工大惰性阴极材料研究取得进展[J];轻金属;1987年11期

3 Б.Ф.К.КОВАЛЕВ;昱中乐;;从卤熔物中提炼钨钼时阴极材料的选择[J];钼业经济技术;1989年04期

4 夏定国，魏秋明，，朱时珍，刘庆国;高温固体氧化物燃料电池中的阴极材料[J];中国稀土学报;1994年03期

5 江金国,陈文,徐庆,黄端平,郑锦霞;中低温固体氧化物燃料电池陶瓷阴极材料[J];材料导报;2002年05期

6 吕振刚,郭瑞松;钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极材料[J];中国陶瓷;2004年02期

7 刘荣辉,马文会,王华,杨斌;固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展[J];云南化工;2005年03期

8 黄端平;徐庆;陈文;张枫;;新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究[J];陶瓷学报;2006年03期

9 张正宇;李素珍;;阴极材料含镧复合氧化物的电催化特性[J];现代技术陶瓷;2007年02期

10 周洪英;;日立开发出新型长寿命锂电阴极材料[J];功能材料信息;2010年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈大英;李福q

本文编号：692095