鉻酸鑭材料的制備及其性能的研究.pdf

1、可持續(xù)發(fā)展能源引起了科研機(jī)構(gòu)和類似的行業(yè)越來(lái)越多的關(guān)注，與國(guó)際開發(fā)清潔能源、氫氣、可再生能源，以及水的再利用和回收相競(jìng)爭(zhēng)。隨著能源需求的增長(zhǎng)，消耗的化石燃料量增加，氣候和環(huán)境受到影響，這是提高發(fā)電效率和發(fā)展可再生能源的迫切需要。燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，利用電化學(xué)直接將燃料如氫氣、甲醇、乙醇、天然氣和碳?xì)浠衔锏幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變電能。因此，燃料電池是一個(gè)效率比傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)要高的裝置。
　　SOFC連接板的主要功能是在電池堆中連接

2、一個(gè)電池的陰極和下一個(gè)電池的陽(yáng)極，并能將燃料和氧化劑分離開。因此，連接板材料必須在還原氣氛和氧化氣氛下穩(wěn)定，氣密性好，在工作條件下，有良好的電導(dǎo)率。
　　目前，鉻酸鑭材料是最常用的連接板材料，鉻酸鑭屬于ABO3型鈣鈦礦體系化合物，通過(guò)對(duì)La位和Cr位的摻雜可以使材料具有較高的電導(dǎo)率，同時(shí)也具備與電池其他部件相匹配的熱膨脹系數(shù)。本論文采用低溫燃燒法合成了La0.75Sr0.25Cr1-xO3-δ(x=0,0.01,0.02,0.03

3、,0.04)材料粉體，通過(guò)無(wú)壓燒結(jié)對(duì)粉體燒結(jié)。研究Cr缺位對(duì)材料顯微形貌、燒結(jié)性能、電性能和熱膨脹性能的影響，探討設(shè)計(jì)材料是否具有燃料電池連接板的潛能。研究發(fā)現(xiàn)，La0.75Sr0.25Cr1-xO3-δ(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)粉體經(jīng)過(guò)1400℃燒結(jié)4h后均為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著Cr缺位增加，晶胞體積逐漸減小。塊材的相對(duì)密度由93.2％(x=0)增加到最大值94.7%(x=0.02)，然后逐漸下降到87.7%(x=

4、0.04)。樣品的熱膨脹系數(shù)在10.60~10.98×10-6 K-1(30~1000℃)范圍內(nèi)，與YSZ有較好的熱膨脹匹配。在以上所有樣品中，Cr缺位x=0.02的樣品在850℃有最高的電導(dǎo)率40.4 S/cm和最低的Seebeck系數(shù)154.806μVK-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，La0.75Sr0.25Cr0.98O3-δ具備最佳的性能，并符合燃料電池連接板性能要求。
　　進(jìn)而改變燒結(jié)工藝，使用放電等離子燒結(jié)爐對(duì)材料在1300℃、1

5、400℃和1500℃下進(jìn)行燒結(jié)，研究燒結(jié)工藝對(duì)La0.75Sr0.25Cr0.98O3-δ材料性能的影響。使用放電等離子在1300~1500℃下燒結(jié)，燒結(jié)壓力45MPa，燒結(jié)時(shí)間5 min。在1500℃燒結(jié)后，燒結(jié)體的相對(duì)密度達(dá)到98.5%。在850℃時(shí)1500℃燒結(jié)的樣品有最大的電導(dǎo)率為15.3 S/cm，要比無(wú)壓燒結(jié)樣品的電導(dǎo)率低2~3倍。SPS燒結(jié)的樣品的斷裂韌性分別為1.71±0.12 MPa·m1/2(1300℃)、1.66±