SOFC陰極材料BaFe1-xBixO3-δ的制備和表征.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成為電能的轉(zhuǎn)換器件。為提高SOFC整體性能，除了降低歐姆電阻外，探索新型高性能陰極材料也是一條重要策略。較高的氧空位濃度、較小的空位遷移焓和較大自由體積均有利于提高陰極材料的性能。由于Bi-O鍵較小的鍵能和Ba、Bi元素較大的離子半徑，實(shí)驗(yàn)選擇BaFeO3-δ為對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行Bi元素的摻雜，制備了新型的BFB（BaFe1-xBixO3-δ）陰極材料，并對(duì)其各方面的性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究

2、。
　　由于Bi元素的加入，BaFe1-xBixO3-δ在室溫條件下穩(wěn)定在立方相，且Bi2O3良好的助燒作用將高溫固相法的合成溫度降低到900℃。XRD表征顯示隨著摻雜量的增加，晶體的晶胞參數(shù)和晶胞體積增大，自由體積增大，有利于進(jìn)行氧離子的遷移，且材料與GDC有良好的相容性。雖然，材料的氧非化學(xué)計(jì)量比隨著B(niǎo)i摻雜含量增加而降低，但仍高于一般鐵基材料。
　　收縮曲線測(cè)試表明隨著B(niǎo)i摻雜量的增加，BFB陰極的燒結(jié)性能有了很大程度

3、的提高。熱重（TG）和膨脹測(cè)試表明，當(dāng)溫度低于800℃，隨著B(niǎo)i含量增加，BFB陰極的失重?cái)?shù)量和熱膨脹情況均呈現(xiàn)降低的狀態(tài)；而當(dāng)溫度高于800℃，晶格中的Bi5+大量還原，形成氧空位的數(shù)量增加，隨著B(niǎo)i含量的增加，BFB陰極的失重和熱膨脹狀況加強(qiáng)。
　　BFB陰極導(dǎo)電符合小極化子導(dǎo)電機(jī)制，隨著B(niǎo)i元素?fù)诫s含量的逐漸增加，BFB陰極的電子電導(dǎo)率逐漸降低，活化能逐漸增加，其中BFB10在750℃時(shí)電導(dǎo)率達(dá)到最大，為28.10S·cm-

4、1。
　　通過(guò)電化學(xué)性能測(cè)試，確定了陰極最佳的制備工藝為：使用乙基纖維素作為粘結(jié)劑和造孔劑，絲網(wǎng)印刷的層數(shù)為三層，最佳燒結(jié)溫度分別為BFB10和BFB20同為1070℃；BFB30為960℃；BFB40為950℃。在此工藝下表征陰極的性能，極化電阻和電極反應(yīng)活化能隨著B(niǎo)i摻雜含量逐漸增加而增加，極化電流密度則逐漸降低。其中，750℃時(shí)BFB10極化電阻為0.133?·cm2，反應(yīng)活化能1.00eV，遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)中Ba0.5Sr0.5