固體氧化物燃料電池的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、采用檸檬酸-硝酸鹽自蔓延燃燒法合成了Ni0.7Co0.3O(NC3O)、PrBaFe2O5+δ(PBFO)、 PrBaFe1.6Ni0.4O5+δ(PBFNO)三種電極材料以及Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)電解質(zhì)材料。分別采用X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、熱膨脹儀、直流四端子技術(shù)、電化學(xué)工作站等分析測(cè)試手段，對(duì)材料的物相、微結(jié)構(gòu)、熱膨脹系數(shù)、電導(dǎo)率，以及電池的輸出性能和界面極化情況進(jìn)行了表征。
　　第二章詳細(xì)地介紹了本研

2、究所用的試劑、儀器，以及測(cè)試樣品所涉及到的表征手段。
　　第三章系統(tǒng)考察了新型復(fù)合陰極材料Ni0.7Co0.3O-Sm0.2Ce0.8O1.9(NC3O-SDC)的電化學(xué)性能。X射線衍射(XRD)分析表明，Ni0.7Co0.3O粉體經(jīng)800℃熱處理形成單一立方相結(jié)構(gòu)，其與SDC電解質(zhì)在1300℃下沒有相互作用，800℃時(shí)最大電導(dǎo)率為0.432 S.cm-1;將Ni0.7Co0.3O與SDC按一定比例混合制成系列復(fù)合陰極材料NC3O

3、-xSDC(x=0，10，20，30，40，50，60 wt·％)，TEC測(cè)定結(jié)果證實(shí)，SDC的加入可有效降低Ni0.7Co0.3O的熱膨脹系數(shù);對(duì)稱電池NC3O-xSDC SDC NC3O-xSDC的阻抗譜測(cè)量結(jié)果表明，x=30％的復(fù)合陰極材料(NC3O-SDC30)在空氣氣氛下800℃時(shí)極化阻抗最小，其值為0.071Ω·cm2;以加濕氫氣(～3％ H2O)為燃料、靜態(tài)空氣為氧化劑時(shí)，陽極支撐的單電池NiO-SDC SDC|NC3O-

4、SDC30，600℃時(shí)最大功率密度為200 mW·cm-2。
　　第四章基于對(duì)稱固體氧化物燃料電池(SSOFC)設(shè)計(jì)思路，提出了準(zhǔn)對(duì)稱固體氧化物燃料電池(Q-SSOFC)的設(shè)計(jì)理念，并通過系列性能的測(cè)試和表征進(jìn)行驗(yàn)證。制備了PrBaFe2O5+σ(PBFO)以及Ni部分取代Fe位的PrBaFe1.6Ni0.4O5+σ(PBFNO電極材料粉體，以SDC作為電解質(zhì)，構(gòu)建了對(duì)稱電池PBFO| SDC| PBFO、PBFNO| SDC|

5、PBFNO和準(zhǔn)對(duì)稱電池PBFNO| SDC| PBFO。XRD結(jié)果表明，PBFO和PBFNO分別在900℃、1000℃獲得純相，且與SDC電解質(zhì)在1000℃時(shí)均呈現(xiàn)良好的化學(xué)相容性;與PBFO相比，Ni摻雜的PBFNO燒結(jié)陶瓷體在空氣和氫氣氣氛中電導(dǎo)率值都有所增加，熱膨脹值(TEC)由19.5×10-6K-1降至16.6×10-6 K-1;電化學(xué)阻抗譜顯示，PBFO與PBFNO在空氣中的極化阻抗均大于氫氣中的極化阻抗，PBFO的氧還原反

6、應(yīng)(ORR)活性高于PBFNO，氫氧化反應(yīng)(HOR)活性則相反;電池性能測(cè)試結(jié)果顯示，Q-SSOFC具有更大的功率輸出（600℃時(shí)其值為120 mW·cm-2）;SEM照片證實(shí)，SDC電解質(zhì)與PBFO、PBFNO兩個(gè)電極材料在制備和運(yùn)行過程中具有良好的熱機(jī)械匹配性，表明本研究采用的電池制備及熱處理工藝是成功的。
　　研究結(jié)果表明，準(zhǔn)對(duì)稱電池設(shè)計(jì)不僅具備普通對(duì)稱電池的優(yōu)勢(shì)，而且進(jìn)一步改善了電池的電化學(xué)性能，為固體氧化物燃料電池中溫化