固體氧化物燃料電池關(guān)鍵材料研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種清潔、高效、便捷，對(duì)環(huán)境友好的能量轉(zhuǎn)換裝置，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色能源。近年來(lái)，針對(duì)高溫SOFC的技術(shù)難題以及市場(chǎng)化對(duì)降低成本的要求，追求中溫化成為SOFC的研發(fā)趨勢(shì)，但是SOFC中溫化對(duì)關(guān)鍵材料提出更高要求。本實(shí)驗(yàn)室是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的從事質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池電解質(zhì)和連接材料研究機(jī)構(gòu)之一。
　　本文采用檸檬酸-硝酸鹽燃燒法制備了質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池(SOFC)電解質(zhì)材料BaZr0.7Pr

2、0.1Y0.2O3-δ(BZPY)和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)材料Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)粉體，以及連接材料(Pr0.5Nd0.5)0.7Ca0.3Cr1-xCuxO3-δ((PNCCCx,x=0,0.02,0.04,0.05,0.06,0.1,0.15,0.2)和Y0.7Ca0.3Cr0.9M0.1O3-δ(YCCM，M=Fe、Co、Ni、Cu、Zn)系列粉體。

3、采用X-射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡鏡(SEM)、和熱重及差熱分析(TG-DTA)、熱膨脹儀測(cè)定熱膨脹系數(shù)(TEC)等對(duì)對(duì)材料物相和微觀結(jié)構(gòu)、熱電性質(zhì)進(jìn)行表征。
　　BZPYZn經(jīng)1100℃煅燒5h后呈單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著燒結(jié)溫度的升高（從1300℃到1400℃），BZPYZn陶瓷體的晶粒尺寸增大，而孔隙率減小;500～800℃范圍內(nèi)，BZPYZ陶瓷樣品的離子電導(dǎo)率介于10-3～10-2S/cm之間。室溫至1000℃范圍內(nèi)

4、，樣品的熱膨脹系數(shù)為9.2×10-6/K，表明其與電極材料(Ni)的熱匹配性好。預(yù)示BZPYZn有望成為良好的質(zhì)子傳導(dǎo)型中溫SOFC電解質(zhì)材料。
　　Cu摻雜的PNCC在1350℃下與SDC共燒結(jié)時(shí)沒(méi)有新相出現(xiàn)。在空氣和氫氣兩種氣氛下，燒結(jié)體的電導(dǎo)率均隨溫度的升高而增大，隨樣品Cu含量的提高而增大;800℃時(shí)，x=0.06的樣品在空氣和氫氣環(huán)境中的電導(dǎo)率分別達(dá)到69.34S/cm和25.38S/cm，明顯高于同樣條件下未摻雜PNC

5、C的測(cè)量值(空氣13.66S/cm，氫氣12.36S/cm)。室溫～1000℃范圍內(nèi)，系列燒結(jié)陶瓷體的熱膨脹系數(shù)介于10.4×10-6K-1-10.8×10-6K-1之間，與中溫電解質(zhì)SDC的TEC值接近，意味著Cu摻雜的PNCC材料體是中溫固體氧化物燃料電池有潛力的連接材料。
　　經(jīng)改善的YCC系列連接材料其熱電性能有加大的改善，800℃YCCNi電導(dǎo)率達(dá)到最高23.25S/cm，采用絲網(wǎng)印刷的方法分別以陽(yáng)極NiO+YSZ和Ni