SOFC鑭摻雜鈦酸鍶陽極材料制備及電極性能的研究.pdf

1、能源日益枯竭，環(huán)境污染日益嚴重，固體氧化物燃料電池（SOFC）—一種清潔高效的能源轉(zhuǎn)換裝置引起人們的廣泛重視。在實用性方面，SOFC也展現(xiàn)出強大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用市場，發(fā)展 SOFC是大勢所趨。陽極是 SOFC的核心部件之一，基于三相界面理論，成功制備了LaxSr1-xTiO3-δ(LST)納米粉體陽極、納米粉體基復合陽極和納米纖維基復合陽極，研究了材料的離子電導、電子電導和電極的微觀形貌對電極性能的影響。
　　采用溶膠-凝膠

2、法，研究制備固體氧化物燃料電池 La0.3Sr0.7TiO3-δ(LST37)陽極材料。通過在LST37材料加入離子傳導相 Gd0.2Ce0.8O1.9(GDC)，制備了不同GDC復合量的LST37-GDC(LST37:GDC=1:0,0.8:0.2,0.6:0.4,0.4:0.6,0.2:0.8,0:1)復合電極，1000℃時，相對應(yīng) LST37-GDC復合電極的極化阻抗 Rp分別為13.34Ω,2.03Ω,0.95Ω,0.84Ω,0

3、.49Ω和0.15Ω。GDC的加入提高了電極的離子傳導性，增大了三相界面的面積，進而提高了電極的電化學性能，即離子電導率越高，電極性能越好。
　　基于溶膠-凝膠法制備 LST37材料的工藝條件，制備了不同 La摻雜量的LaxSr1-xTiO3-δ(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,分別記作LST19, LST28, LST37, LST46, LST55)陽極材料，1000℃時，相對應(yīng) LST電極的極化阻抗 Rp分別為2

4、3.14Ω,17.25Ω,13.79Ω,7.74Ω和21.53Ω。隨著La摻雜量的增加，LST的電極性能先上升后下降，當La的摩爾摻雜量為0.4時，LST的電極性能最好。結(jié)合已有研究報道的La的摻雜量對LST材料電子電導率的影響，并借助核磁的分析手段，對經(jīng)過高溫還原的LST材料進行NMR測試，本文研究了La的摻雜對LST電子傳導性的影響規(guī)律，進而得出材料電子電導對電極性能的影響規(guī)律：材料的電子電導率越高，材料的電極性能越好。通過 NMR

5、測試，也可初步佐證 La摻雜LST結(jié)構(gòu)的電荷離域分布的電子傳導方式，這種傳導方式有助于提高材料的電子電導，很有可能是導致 LST46材料在還原氣氛下電化學性能最佳的關(guān)鍵因素。
　　基于粉體基 LST37-GDC復合電極的研究，通過靜電紡絲的方法合成絲狀LST37材料，通過浸漬 GDC制備纖維基 LST37-GDC(LST37:GDC=1:0,0.847:0.153,0.708:0.292,分別記作LST37-si-0, LST37

6、-si-0.153, LST37-si-0.292)復合電極，同時用溶膠-凝膠法制備 LST37粉體材料，并通過與 GDC復合制備粉體基LST37-GDC(LST37:GDC=1:0,0.847:0.153,0.708:0.292,分別記作LST37-fen-0, LST37-fen-0.153, LST37-fen-0.292)復合電極。1000℃時，LST37-si-0, LST37-fen-0, LST37-si-0.153, L

7、ST37-fen-0.153, LST37-si-0.292和LST37-fen-0.292的極化阻抗Rp分別為18.11Ω,13.34Ω,3.26Ω,3.89Ω,0.67Ω和2.85Ω。纖維LST37電極的性能不如粉體 LST37電極的性能，但隨著 GDC復合量的增加，纖維基的復合陽極電極性能越來越好并且優(yōu)于粉體基復合陽極的性能。電極的結(jié)構(gòu)和形貌對電極性能有很大的影響，這是電極結(jié)構(gòu)、電極的孔隙率和電極材料之間的熱膨脹差異共同作用的結(jié)果