固体氧化物燃料电池钴基与无钴基层状钙钛矿阴极材料的制备及性能研究
发布时间：2020-12-20 05:53
针对目前日益严峻的能源短缺与环境污染问题,固体氧化物燃料电池（SOFC）因具有绿色、高效等特点而蕴含着巨大的应用前景。但是常规的SOFC运行温度较高（800℃-1000℃）,不利于其进一步商业化,所以降低其运行温度（中低温化）成为SOFC未来发展的重要方向。同时在工作温度逐渐下降的过程中,阴极材料的极化电阻会伴随增加,造成SOFC的电性能严重下降。因此,开发一种在中低温下（400℃-800℃）具有高电子传导和迁移、高电催化活性和相匹配于常用电解质的热膨胀系数的阴极材料是非常重要的。为了寻找适合于中低温SOFC使用的阴极材料,本文采用EDTA-柠檬酸联合络合法制备出SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2O5+δ（SBSCC）作为阴极材料的骨架,并在Co位等比例（1:1）掺杂Fe、Mn、Ni、Cu等四种元素制成SmBa0.5Sr0.25Ca0.25CoMeO5+δ（Me=Fe,Mn,Ni,...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC反应示意图
内蒙古科技大学硕士学位论文-22-Sr(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、EDTA和柠檬酸（分析纯）；然后将所称取的Sm2O3（经过900℃预处理3h）置于100mL小烧杯中，先后加入适量的65%-68%浓硝酸与去离子水配成Sm(NO3)3溶液；先取一个1000ml的大烧杯，加入一定量的去离子水，将称量好的金属硝酸盐依次溶解于水中，随后将配制好的硝酸钐溶液全部转移到大烧杯中，搅拌一段时间使其充分混合，最终溶液呈现深红色；按照V(氨水):m(EDTA)=1.15:1mL/g比例[42]将EDTA白色粉末缓慢地加入到适量浓氨水中，并加热搅拌使其完全溶解，得到EDTA的氨水混合溶液；将上述EDTA的氨水溶液加到金属硝酸盐混合溶液中，迅速络合变为悬浊液，经过一个小时的加热搅拌后，加入柠檬酸进行辅助络合一个小时，最后按照一定速度逐滴滴加氨水溶液，调节溶液的pH到7-8(注意：无钴基材料制备时pH调节到6-7)，将调好pH值的混合溶液放在温度设置为80℃的水浴锅中持续加热搅拌数小时，溶液逐渐粘稠形成溶胶最终变为凝胶，将所制取的凝胶物转移到电阻炉上加热，在加热过程中凝胶物沸腾冒泡同时伴随有大量气体冲出,最终生成灰黑色蓬松物，用玛瑙研钵研磨。将经过研磨的粉末置于高温箱式电阻炉中在1000℃条件下持续煅烧6h，除掉残留有机物，以达到提高反应催化活性的目的。待其自然降温，将经过煅烧的粉体在行星式球磨机上球磨4h后备用。图2.1溶胶-凝胶法合成SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2O5+δ阴极粉体的流程图2.3.2长条状电导率测试样品SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，Ni)的制备分别称取足够量预烧后的SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，
内蒙古科技大学硕士学位论文-23-Ni)系列阴极粉料，将其倒入条形模具中铺设均匀平整，随后组装好模具，对称平稳地放在DY-20台式压片机的载物台上，在200MPa压力条件下持续稳定加压数分钟后成为40mm×5mm长方体样品条(如若压片过程中得到的是有裂纹不完整的长条样品，可以尝试加入一些质量分数为97%的聚乙烯醇缩丁醛PVB来进行造粒，然后再次进行压片，最后在一定温度下煅烧的过程中会通过分解所添加的粘接剂来去除)，将压制的细长样品条放到高温箱式电阻炉中在1000℃下恒温烧结10h，待其自然降温，得到所需SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，Ni)系列待测试样品。2.3.3长条状热膨胀测试样品的制备称取适量的粉末样品并加入一定量的酒精进行研磨，等待其晾干后倒入条形模具中，将其整体放置在DY-20台式压片机的载物台上，在适当压力条件下持续加压3-5min后成为具有一定规模长方体样品条，将其放到高温箱式电阻炉中恒温煅烧数小时，待其自然降温，得到所需待测试样品，根据仪器的测试要求通过运用砂纸将样品条磨成合适规格的热膨胀测试样品。2.3.4阴极样品条上的银丝绑定方法图2.2样品条上的银丝绑定在使用银丝对样品条绑定之前，应该将样品条置于马弗炉中1000℃条件下煅烧4h，经过一定温度下的烧结处理可以使条状样品保持较好的致密性以及足够高的强度。待其自然降温，取出后打磨，以保证其内外部未产生裂纹。具体的银丝绑定过程如图2.2所示，把四根银丝按照先后顺序朝着同一方向进行绑结，过程中要求保证每
【参考文献】：
期刊论文
[1]双钙钛矿型电极材料在中低温固体氧化物燃料电池中的应用[J]. 张文锐,张智慧,高立国,马廷丽. 化学进展. 2016(06)
[2]SOFC阴极材料La0.7Sr0.3CuxCoyMn1-x-yO3的制备和性能研究[J]. 李松波,杨燕茹,张英杰,安胜利. 稀有金属材料与工程. 2013(S2)
[3]静电纺丝法制备中温固体氧化物燃料电池阴极用纳米La0.6Sr0.4Co0.4Fe0.6O3纤维[J]. 罗凌虹,黄祖志,邵由俊,吴也凡,吕晨,程亮,石纪军. 硅酸盐学报. 2013(08)
[4]甘氨酸硝酸盐法合成GdBaCo2O5+δ阴极材料及其性能[J]. 靳宏建,王欢,张华,金江. 无机材料学报. 2012(07)
[5]阴极材料Sm0.5Sr0.4Ca0.1CoO3的凝胶浇注法制备及性能[J]. 石平,程继贵,杨俊芳. 兵器材料科学与工程. 2011(06)
[6]中低温固体氧化物燃料电池阴极材料[J]. 邵宗平. 化学进展. 2011(Z1)
[7]中温SOFC复合阴极材料的制备及性能[J]. 荆波,孙俊才,吕喆. 稀有金属材料与工程. 2010(05)
[8]固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展[J]. 沈薇,赵海雷,王治峰,王榕林. 电池. 2009(03)
[9]阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.8Fe0.2O3-δ的晶体结构和性能[J]. 隋新国,高文元,孙俊才,刘扬. 电源技术. 2006(10)
博士论文
[1]中温固体氧化物燃料电池钴基钙钛矿结构阴极材料性能研究[D]. 熊明文.上海交通大学 2013
[2]新型钴基钙钛矿阴极材料及在中温固体氧化物燃料电池中的应用[D]. 朱成军.吉林大学 2009
硕士论文
[1]中温固体氧化物燃料电池中双钙钛矿阴极材料PBCMx（M=Cu，Fe）的制备与性能研究[D]. 高磊.吉林大学 2012
本文编号：2927328
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC反应示意图
内蒙古科技大学硕士学位论文-22-Sr(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、EDTA和柠檬酸（分析纯）；然后将所称取的Sm2O3（经过900℃预处理3h）置于100mL小烧杯中，先后加入适量的65%-68%浓硝酸与去离子水配成Sm(NO3)3溶液；先取一个1000ml的大烧杯，加入一定量的去离子水，将称量好的金属硝酸盐依次溶解于水中，随后将配制好的硝酸钐溶液全部转移到大烧杯中，搅拌一段时间使其充分混合，最终溶液呈现深红色；按照V(氨水):m(EDTA)=1.15:1mL/g比例[42]将EDTA白色粉末缓慢地加入到适量浓氨水中，并加热搅拌使其完全溶解，得到EDTA的氨水混合溶液；将上述EDTA的氨水溶液加到金属硝酸盐混合溶液中，迅速络合变为悬浊液，经过一个小时的加热搅拌后，加入柠檬酸进行辅助络合一个小时，最后按照一定速度逐滴滴加氨水溶液，调节溶液的pH到7-8(注意：无钴基材料制备时pH调节到6-7)，将调好pH值的混合溶液放在温度设置为80℃的水浴锅中持续加热搅拌数小时，溶液逐渐粘稠形成溶胶最终变为凝胶，将所制取的凝胶物转移到电阻炉上加热，在加热过程中凝胶物沸腾冒泡同时伴随有大量气体冲出,最终生成灰黑色蓬松物，用玛瑙研钵研磨。将经过研磨的粉末置于高温箱式电阻炉中在1000℃条件下持续煅烧6h，除掉残留有机物，以达到提高反应催化活性的目的。待其自然降温，将经过煅烧的粉体在行星式球磨机上球磨4h后备用。图2.1溶胶-凝胶法合成SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2O5+δ阴极粉体的流程图2.3.2长条状电导率测试样品SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，Ni)的制备分别称取足够量预烧后的SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，
内蒙古科技大学硕士学位论文-23-Ni)系列阴极粉料，将其倒入条形模具中铺设均匀平整，随后组装好模具，对称平稳地放在DY-20台式压片机的载物台上，在200MPa压力条件下持续稳定加压数分钟后成为40mm×5mm长方体样品条(如若压片过程中得到的是有裂纹不完整的长条样品，可以尝试加入一些质量分数为97%的聚乙烯醇缩丁醛PVB来进行造粒，然后再次进行压片，最后在一定温度下煅烧的过程中会通过分解所添加的粘接剂来去除)，将压制的细长样品条放到高温箱式电阻炉中在1000℃下恒温烧结10h，待其自然降温，得到所需SmBa0.5Sr0.25Ca0.25Co2-x-yMxNyO5+δ(M/N=Fe，Mn，Cu，Ni)系列待测试样品。2.3.3长条状热膨胀测试样品的制备称取适量的粉末样品并加入一定量的酒精进行研磨，等待其晾干后倒入条形模具中，将其整体放置在DY-20台式压片机的载物台上，在适当压力条件下持续加压3-5min后成为具有一定规模长方体样品条，将其放到高温箱式电阻炉中恒温煅烧数小时，待其自然降温，得到所需待测试样品，根据仪器的测试要求通过运用砂纸将样品条磨成合适规格的热膨胀测试样品。2.3.4阴极样品条上的银丝绑定方法图2.2样品条上的银丝绑定在使用银丝对样品条绑定之前，应该将样品条置于马弗炉中1000℃条件下煅烧4h，经过一定温度下的烧结处理可以使条状样品保持较好的致密性以及足够高的强度。待其自然降温，取出后打磨，以保证其内外部未产生裂纹。具体的银丝绑定过程如图2.2所示，把四根银丝按照先后顺序朝着同一方向进行绑结，过程中要求保证每
【参考文献】：
期刊论文
[1]双钙钛矿型电极材料在中低温固体氧化物燃料电池中的应用[J]. 张文锐,张智慧,高立国,马廷丽. 化学进展. 2016(06)
[2]SOFC阴极材料La0.7Sr0.3CuxCoyMn1-x-yO3的制备和性能研究[J]. 李松波,杨燕茹,张英杰,安胜利. 稀有金属材料与工程. 2013(S2)
[3]静电纺丝法制备中温固体氧化物燃料电池阴极用纳米La0.6Sr0.4Co0.4Fe0.6O3纤维[J]. 罗凌虹,黄祖志,邵由俊,吴也凡,吕晨,程亮,石纪军. 硅酸盐学报. 2013(08)
[4]甘氨酸硝酸盐法合成GdBaCo2O5+δ阴极材料及其性能[J]. 靳宏建,王欢,张华,金江. 无机材料学报. 2012(07)
[5]阴极材料Sm0.5Sr0.4Ca0.1CoO3的凝胶浇注法制备及性能[J]. 石平,程继贵,杨俊芳. 兵器材料科学与工程. 2011(06)
[6]中低温固体氧化物燃料电池阴极材料[J]. 邵宗平. 化学进展. 2011(Z1)
[7]中温SOFC复合阴极材料的制备及性能[J]. 荆波,孙俊才,吕喆. 稀有金属材料与工程. 2010(05)
[8]固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展[J]. 沈薇,赵海雷,王治峰,王榕林. 电池. 2009(03)
[9]阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.8Fe0.2O3-δ的晶体结构和性能[J]. 隋新国,高文元,孙俊才,刘扬. 电源技术. 2006(10)
博士论文
[1]中温固体氧化物燃料电池钴基钙钛矿结构阴极材料性能研究[D]. 熊明文.上海交通大学 2013
[2]新型钴基钙钛矿阴极材料及在中温固体氧化物燃料电池中的应用[D]. 朱成军.吉林大学 2009
硕士论文
[1]中温固体氧化物燃料电池中双钙钛矿阴极材料PBCMx（M=Cu，Fe）的制备与性能研究[D]. 高磊.吉林大学 2012
本文编号：2927328
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