(La,Pr)SrMnO鈣鈦礦氧化物作為固體氧化物燃料電池陰極材料性能研究.pdf

1、陰極作為固體氧化物燃料電池（SOFC）的重要組成部分，其性能的好壞會直接影響固體氧化物燃料電池的性能，固體氧化物燃料電池在工作的時候陰極是電池消耗的重要組成部分，陰極上的極化電阻占整個電池電阻的一半以上，因而研究陰極材料，改善陰極材料的性能是發(fā)展固體氧化物燃燒電池一項重要任務(wù)。
　　ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物是目前陰極材料中研究最多、應(yīng)用最為廣泛的一類陰極材料，它具有離子電子混合導(dǎo)電性，高溫條件下具有較好的熱穩(wěn)定性，同時與電解質(zhì)材

2、料匹配性較好，適用作為高溫固體氧化物燃料電池陰極材料。目前，一般認(rèn)為 ABO3型鈣鈦礦陰極材料的的導(dǎo)電是由 B位稀土離子變價產(chǎn)生電子空位的小極化子跳躍導(dǎo)電機制，而A位稀土離子能否對材料導(dǎo)電性質(zhì)產(chǎn)生影響以及影響的程度還未見報道，本實驗制備了 La0.7-xPrxSr0.3MnO3、La0.6-yPrySr0.4MnO3和La1-zPrzMnO3三個系列陰極材料，通過Pr逐步替代La的方法并考察A位離子對材料性能的影響。
　　XRD的

3、測試結(jié)果表明溶膠凝膠法合成 La0.7-xPrxSr0.3MnO3、La0.6-yPrySr0.4MnO3和La1-zPrzMnO3三個系列陰極材料La0.1Pr0.6Sr0.3MnO3(LPS3M6)、Pr0.7Sr0.3MnO3(LPS3M7)、La0.3Pr0.7MnO3(LPM7)、La0.2Pr0.8MnO3(LPM8)、La0.1Pr0.9MnO3(LPM9)和PrMnO3(LPM10)六個樣品具有少量Pr6O11雜相，其它

4、均呈單相。由XRD結(jié)果計算得出隨著Pr摻雜量的增加，材料晶胞體積發(fā)生收縮，這是主要是由于Pr3+的半徑小于La3+的原因。密度測量結(jié)果顯示，所有樣品的測密度占理論密度的90％以上。熱膨脹性能的測量中，隨著Pr摻雜量的增加，La0.7-xPrxSr0.3MnO3系列材料熱膨脹系數(shù)(TEC)是減小的，La0.6-yPrySr0.4MnO3系列材料TEC值會呈現(xiàn)變大的趨勢。高溫電導(dǎo)率測量實驗中，La和Pr共同處于A位的時候高溫電導(dǎo)率要高于單獨

5、La或Pr處于A位的電導(dǎo)率，850℃條件下La0.7-xPrxSr0.3MnO3系列材料中電導(dǎo)率最高的是LPS3M5，達(dá)到183 S/cm，La0.6-yPrySr0.4MnO3系列材料中電導(dǎo)率最高的是LPS4M5，為145 S/cm，La1-zPrzMnO3系列材料電導(dǎo)率較高的是LPM4、LPM5和LPM6三個樣品，電導(dǎo)率達(dá)到109，111和110 S/cm。活化能的計算結(jié)果表明，La0.7-xPrxSr0.3MnO3和La0.6-y

6、PrySr0.4MnO3兩個系列活化能隨著Pr的摻入會使得活化能有一個先增大后變小的趨勢，而La1-zPrzMnO3系列陰極材料活化能減小的趨勢。
　　在對La0.7-xPrxSr0.3MnO3和La0.6-yPrySr0.4MnO3系列材料進(jìn)行電化學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，對于La0.7-xPrxSr0.3MnO3系列材料在中溫區(qū)（600℃）Pr摻雜的材料的阻抗要大于未摻雜材料阻抗，而在高溫區(qū)（800℃），LPS3M3的阻抗最小，為2.3