固體氧化物燃料電池新型陰極材料的制備、摻雜改性與結構優(yōu)化.pdf

1、為了實現(xiàn)SOFC的中低溫(300-800℃)應用，必須開發(fā)在中低溫范圍內(nèi)仍有高電催化活性的陰極材料。本論文圍繞開發(fā)中溫高性能SOFC陰極材料的目標，從新型結構材料研究、離子摻雜和微結構優(yōu)化等方面，重點研究了陰極材料的相結構、熱膨脹性能、電導率、電化學性能和長期穩(wěn)定性，制備了適合中溫SOFC的高催化活性陰極材料。按研究方向可分為三部分實驗，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.研究了準一維結構陰極材料Sr0.7Y0.3CuO2+δ(SYCu)

2、的相組成，從結構上分析了其可作為高電催化活性SOFC陰極材料的機理。作為潛在的中溫SOFC陰極材料，SYCu在600℃、700℃和800℃時的極化電阻分別僅為0.55Ω·cm2、0.11Ω·cm2和0.029Ω·cm2，800℃條件下，電流密度為100mA/cm2時極化電位僅為4.9mV，展現(xiàn)了優(yōu)異的電化學氧還原性能。從室溫到800℃的平均熱膨脹系數(shù)為11.1×10-6/℃，與SDC電解質的熱膨脹相匹配。與電解質SDC在950℃煅燒5h

3、后的XRD結果表明，兩者化學相容性良好。在800℃條件下操作100h后，半電池的電化學性能表現(xiàn)仍然穩(wěn)定。
　　2.研究了采用離子取代的方法對六方晶型BaFeO3氧化物進行La摻雜，結果當La摻雜量不大于0.2時，化合物的結構被穩(wěn)定為立方鈣鈦礦結構。進一步增大摻雜量，相結構則向正交結構轉變。進一步研究其熱膨脹、電導率、電化學等性能則發(fā)現(xiàn)，隨La摻雜量增大，Ba1-xLaxFeO3-δ的熱膨脹系數(shù)減小，電子電導率增大。四種配比中，Ba

4、0.9La0.1FeO3-δ有最好的電化學性能，在800℃極化電阻僅為0.079Ω·cm2，Ba0.7La0.3FeO3-δ的極化電阻最大，為0.125Ω·cm2，然而他們的性能都已經(jīng)滿足IT-SOFC的使用要求。此外，在極化條件下測試其電化學表現(xiàn)則表明，不同組分的Ba1-xLaxFeO3-δ隨極化電壓的增大表現(xiàn)不同。但低頻電阻更多的受極化電壓的影響，極化條件下氧在陰極表面的擴散成為反應速率控制步驟。
　　3.研究了利用離子浸漬法

5、進行陰極微結構表面修飾，優(yōu)化陰極微結構來提高陰極性能。對La0.7Sr0.3CuO3-δ(LSCu)陰極浸漬Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)納米顆粒成功的提高了復合陰極的電化學性能，浸漬比例為15％時性能最優(yōu)，700℃時極化電阻僅為0.043Ω·cm2，而未浸漬的陰極極化電阻為0.58Ω·cm2。過量的浸漬則會減少氧還原反應活性區(qū)域，同時造成陰極孔隙率降低，氧氣擴散受阻。XRD結果顯示，BSCF在800℃熱處