中温固体氧化物燃料电池阴极材料溶胶凝胶法制备和性能研究

发布时间：2018-05-03 00:21

  本文选题：中温固体氧化物燃料电池 + 阴极材料　； 参考：《大连工业大学》2010年硕士论文

【摘要】：固体氧化物燃料电池作为能源转换装置因为具有全固性、不存在电解质腐蚀、工作效率高等优点，成为了新能源的研究热点。中低温化的固体氧化物燃料电池更可以成功避免电解质和电极材料的界面反应等不良影响，从而能有效保证固体氧化物燃料电池的长效性。 本文以合成中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极La0.7Sr0.3Fe0.8Co0.2O3(LSFC)粉体为研究对象，探讨了PVA改进的溶胶凝胶法各个工艺条件参数对粉体的影响，获得最优实验条件：当pH=7、PVA与硝酸盐质量比为1：5、柠檬酸与金属离子摩尔比为1.5：1时，可以形成透明澄清形态良好的溶胶，溶胶经12h陈化形成凝胶，凝胶在155℃烘箱中膨化制得LSFC前驱体。LSFC前躯体在900℃煅烧2h后形成粒径分布均匀、晶体结构稳定、具有单一钙钛矿结构的粉体。 随后利用PVA改进的溶胶凝胶法分别制备了La0.7Sr0.3-xCaxFe0.8Co0.2O3(LSCFC，x=0.1，0.15，0.2)和La0.7Ba0.15E0.15Fe0.8Co0.2O3(LBEFC，E=Sr，Ca)系列阴极材料。研究发现：LSCFC前驱体经900℃煅烧2h后获得的粉体为稳定单一的钙钛矿结构，阴极材料A、B位双掺杂导致钙钛矿LaFeO3晶胞体积发生膨胀，其中La0.7Sr0.15Ca0.15Fe0.8Co0.2O3的晶胞体积膨胀率为43.3%，并且LSCFC晶胞体积膨胀率随着半径较小的Ca2+掺杂量增加而减小。但LBEFC前驱体经1000℃煅烧2h后获得的粉体才可以形成稳定单一的钙钛矿结构。离子半径较大Ba2+掺杂后，LBEFC的晶胞体积也发生了相应的膨胀。其中LBSFC、LBCFC的晶胞体积膨胀率分别为43.5%和42.7%。在300-800℃范围内，LSCFC和LBEFC系阴极材料的电导率变化符合p型小极化子绝热孔隙理论；低温段(300-480℃)满足小极化子导电机理；高温(480-800℃)时则以氧空位电荷补偿导电机制为主，导电类型也相应由半导体型逐渐向金属型过渡，呈现半导体－金属导电类型转变。Ca2+导致电导活化能增加，所以LSCFC电导率随着Ca2+掺杂量的增加而减小，LBSFC电导率大于LBCFC；Ba2+掺杂有利于提高晶体的氧空位，降低体系的小极化子浓度，所以导致LBEFC的电导率小于LSCFC。 此外，还采用溶胶凝胶法制备了Ce0.8M0.2O2-δ(CMO，，M=Sm，La，Sr)电解质材料。通过对CMO的XRD图分析发现：CMO形成固溶体的难易程度与掺杂离子半径有密切关系，其难易程度为Ce0.8Sm0.2O2-δ＜Ce0.8La0.2O2-δ＜Ce0.8Sr0.2O2-δ。其中半径最小的Sm3+最容易进入氧化铈晶格，经过800℃煅烧2h就可以形成稳定的萤石结构；经过900℃煅烧La3+也可以完全进入晶格形成稳定的萤石结构；半径较大的Sr2+掺杂时，在800℃煅烧后形成的萤石结构不完全，XRD图有很多低的杂峰，衍射峰较小，但随着煅烧温度提高到850℃，在29.64°处出现一个杂峰，继续提高煅烧温度到900℃，杂峰仍然存在，此杂峰可能为析出的Sr或其氧化物。另外对CLO电解质的电导性能进行了研究，其电导率约为纯CeO2的150倍，在800℃其离子电导率可达到0.049S/cm，电导活化能为84.48kJ/mol。
[Abstract]:As an energy conversion device, solid oxide fuel cell (SOFC) has become a new energy research hotspot because of its advantages of full solids, no electrolyte corrosion and high working efficiency. The medium and low temperature solid oxide fuel cells can avoid the bad effects such as the interface reaction of electrolyte and electrode materials, so that the long-term effect of solid oxide fuel cells can be effectively guaranteed. In this paper, La0.7Sr0.3Fe0.8Co0.2O3LSFCpowders have been synthesized from ITSOFC cathode of medium temperature solid oxide fuel cell (SOFC). The influence of various parameters of PVA modified sol-gel method on the powders is discussed. When the mass ratio of PVA to nitrate is 1: 5, the molar ratio of citric acid to metal ion is 1.5: 1, the sol with good transparent and clear morphology can be formed, and the sol can be aged for 12 hours to form gel, and the optimum experimental conditions are as follows: when the mass ratio of PVA to nitrate is 1: 5, the molar ratio of citric acid to metal ion is 1.5: 1. After calcined at 900 鈩

本文编号：1836111