陽極支撐型單室固體氧化物燃料電池的制備與性能研究.pdf

1、單室固體氧化物燃料電池(Single chamber-Solid oxide fuel cell，SC-SOFC)是一種無需密封、啟動(dòng)迅速、結(jié)構(gòu)新穎的新型燃料電池。利用陰、陽極對(duì)燃料(一般碳?xì)浠衔锘驓錃?、氧氣選擇催化性的不同產(chǎn)生電勢(shì)差而工作。近年來，單室固體氧化物燃料電池在國(guó)內(nèi)外發(fā)展十分迅速，關(guān)于電極和電解質(zhì)材料的選擇及優(yōu)化、電池運(yùn)行條件以及電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等研究已逐漸成為燃料電池研究的新熱點(diǎn)。
　　 本論文采用雙粉干壓法首先制

2、備了陽極支撐的單室固體氧化物燃料電池Ni-YSZ|YSZ|LSM。利用XRD、SEM、BET及電導(dǎo)率測(cè)試等手段對(duì)電極材料進(jìn)行了較全面的物性表征，確定制備電池的組成材料，并通過電化學(xué)工作站對(duì)不同測(cè)試條件下電池的開路電壓、輸出功率、阻抗及電池穩(wěn)定性等電化學(xué)性能進(jìn)行分析表征，確定電池測(cè)試的最佳條件為700℃時(shí)O2：C3H8=2，氣體流速為400sccm。
　　 為了進(jìn)一步提高電池的輸出性能，本文選擇一些催化性、電導(dǎo)率優(yōu)良的陰極材料LS

3、TM、SSCM、LSCM來組成電池，并考察陰極的燒結(jié)溫度對(duì)電池性能的影響，最終確定陰極材料為L(zhǎng)SCM時(shí)電池性能最好。引入離子導(dǎo)電率高的YSZ為第二相，形成復(fù)合陰極，Ni-YSZ|YSZ|30YSZ-70LSCM輸出功率提高到81mW/cm2；為緩解材料層與層間熱匹配問題，在電解質(zhì)和陰極之間形成“夾心式”梯度陰極，Ni-YSZ|YSZ|CGO|50LSCM-50CGO|LSCM短路電流密度達(dá)到560mA/cm2，輸出功率密度達(dá)到110mW

4、/cm2，比單一LSCM陰極的電池性能提高了50％。由此可見，這種梯度陰極設(shè)計(jì)方案可以廣泛應(yīng)用到SC-SOFC陰極的制備中。
　　 電池陽極的優(yōu)化是通過滴加浸漬法和雙粉干壓法摻入少量金屬催化劑，有助于提高陽極的催化活性。研究發(fā)現(xiàn)雙粉干壓法制備的陽極摻入5wt％鐵的電池50Ni-5Fe-45YSZ|YSZ|CGO|50LSCM-50CGO|LSCM輸出功率最大可達(dá)到129mW/cm2，相比未摻體系提高17％。這種改善是由于鐵和鎳金