摻雜氧化鈰基中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的制備與表征.pdf_第1頁
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1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文摻雜氧化鈰基中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的制備與表征姓名:田瑞芬申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:博士專業(yè):材料學(xué)指導(dǎo)教師:夏長榮20091101摘要(3)采用共壓共燒技術(shù)制備了以上述SDC粉體為電解質(zhì)、LSM為陰極、NiO/SDC為陽極支撐體的單電池,并在500600oC溫度范圍內(nèi)以濕H2為燃料,測(cè)試了電池性能,在600oC時(shí)電池最大輸出功率密度達(dá)至1J203mWcm一;(4)借助ZSimpWin軟件,結(jié)合磚層模型,將阻抗

2、譜中測(cè)得的450oC以下的晶粒電阻和晶界電阻從總電阻中解析出來,并分別研究了總電阻、晶界電阻和晶粒電阻隨燒結(jié)溫度的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:GNP法制備的SDC20電解質(zhì)的總電導(dǎo)率和電導(dǎo)活化能處在目前不同方法制備的SDC粉體的較高水平;燒結(jié)溫度會(huì)影響總電導(dǎo)率,在燒結(jié)溫度為1300oC時(shí)得到的樣品具有最高電導(dǎo)率;較高的總電導(dǎo)率可能是因?yàn)闃悠肪哂休^小的晶界電阻;晶粒的電導(dǎo)遷移焓也隨著燒結(jié)溫度的升高而增加,這可能也是由高溫?zé)Y(jié)下Ce4被還原而導(dǎo)

3、致的。第三章中首次制備并研究Ca2、Gd”共摻雜的氧化鈰體系,考察了不同摻雜濃度下共摻雜效應(yīng)對(duì)樣品的燒結(jié)性能、電導(dǎo)率、活化能的影響,為今后進(jìn)一步研究該體系,研發(fā)具有高燒結(jié)活性和電導(dǎo)率的新型共摻雜的氧化鈰基電解質(zhì)提出一條新的思路,同時(shí)也為研究其它共摻雜體系的研究提供一定參考。主要結(jié)果如下:(1)對(duì)于甘氨酸法制備的Gd單獨(dú)摻雜的氧化鈰,其電導(dǎo)率最高值出現(xiàn)在Gd摻雜量為015時(shí),600oC時(shí)電導(dǎo)率為00138Scm一,略低于同樣方法制備的Sm

4、o2Ceo8019材料,但仍可以滿足中低溫SOFC電解質(zhì)材料的要求。(2)對(duì)于Gd。Cao15xCeo850185o5x材料,少量的Ca與Gd共摻雜可以提高粉體的燒結(jié)性能,并且在一定程度上可以提高電導(dǎo)率,過多的Ca離子摻入則會(huì)使氧空位濃度太高,締合效應(yīng)顯著增加,rli角Z質(zhì)導(dǎo)電能力下降。第四章中,通過陰極、陽極同時(shí)浸漬的方法對(duì)第二章制備的單電池的電極部分進(jìn)行修飾,發(fā)現(xiàn)通過陽極的修飾作用明顯提高了單電池性能,對(duì)LSM陰極的進(jìn)一步修飾制備出

5、的單電池在600oC功率密度達(dá)到463mWcm~,與采用SSC等Co基陰極的單電池性能相當(dāng),成功地將LSM材料應(yīng)用于中溫SOFC的陰極。為了迸一步研究納米SDC對(duì)電極的影響,考察了惰性Au電極表面引入納米SDC之后電極電阻的變化。發(fā)現(xiàn)SDC的修飾可以降低電解質(zhì)與電極的界面電阻和電極的極化電阻,納米SDC顆粒通過對(duì)電極和電解質(zhì)界面微結(jié)構(gòu)的修飾有效改善了電極性能;同時(shí),由于SDC中的Ce離子具有3和4兩種價(jià)態(tài)引起電極表面氧溢流效應(yīng),有利于電

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