IT-SOFC復(fù)合陰極材料的制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種清潔、高效的能量轉(zhuǎn)化裝置，它利用燃料和氧化劑的直接電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。SOFC關(guān)鍵材料的性能優(yōu)劣很大程度上決定了SOFC的整體性能。本文制備了Ce0.8Sm0.2O2-δ-La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(SDC-LSGM)復(fù)合電解質(zhì)材料，并研究了在陰極與復(fù)合電解質(zhì)SDC-LSGM之間加入一層SDC電解質(zhì)層對(duì)陰極性能的影響。設(shè)計(jì)了A位缺位的ABO3型(Gd0.8Sr0.2)1-xCoO

2、3-δ(0≤χ≤0.1)系列陰極材料，并對(duì)該陰極材料的各項(xiàng)性能進(jìn)行了研究。
　　 采用甘氨酸-硝酸鹽法制備了SDC和LSGM電解質(zhì)粉體，并采用共燃燒法制備了SDC-LSGM復(fù)合電解質(zhì)。通過(guò)XRD和SEM分析了SDC-LSGM復(fù)合電解質(zhì)的化學(xué)相容性和微觀結(jié)構(gòu)，SDC與LSGM在1400℃下焙燒6h后并未生成明顯的雜相，且結(jié)構(gòu)致密，適合用作固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)。采用直流四電極法對(duì)SDC、LSGM和SDC-LSGM的電導(dǎo)率進(jìn)行了

3、測(cè)量，結(jié)果表明在整個(gè)測(cè)試溫度區(qū)間SDC-LSGM復(fù)合電解質(zhì)的電導(dǎo)率都高于本論文中制備的SDC電解質(zhì)的電導(dǎo)率。研究了以GSC(Gd0.8Sr0.2CoO3-δ)為陰極，SDC-LSGM為電解質(zhì)支撐的對(duì)稱(chēng)電池，其極化電阻在750℃時(shí)為0.349Ω·cm2。
　　 設(shè)計(jì)了以SDC-LSGM復(fù)合電解質(zhì)為支撐的，以SDC夾層，分別以GSC和LSM(La0.8Sr0.2MnO3)為陰極的對(duì)稱(chēng)電池。研究發(fā)現(xiàn)SDC夾層的存在降低了電極的極化電阻

4、。750℃條件下，加入SDC夾層后，以GSC為陰極的對(duì)稱(chēng)電池的極化電阻由0.349Ω·cm2降低至0.230Ω·cm2，以L(fǎng)SM為陰極的對(duì)稱(chēng)電池的極化電阻由5.083Ω·cm2降低至3.085Ω·cm2。
　　 采用甘氨酸-硝酸鹽燃燒法制備了(Gd0.8Sr0.2)1-xCoO3-δ(0≤x≤0.1)系列陰極粉體。XRD圖譜表明900℃焙燒4小時(shí)后的(Gd0.8Sr0.2)1-xCoO3-δ(0≤x≤0.1)系列陰極均形成了完整

5、的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。采用直流四電極法測(cè)量了(Gd0.8Sr0.2)1-xCoO3-δ(0≤x≤0.1)燒結(jié)體的電導(dǎo)率，結(jié)果顯示(Gd0.8Sr0.2)1-xCoO3-δ(0≤x≤0.1)的電子傳導(dǎo)符合小極化子導(dǎo)電機(jī)理，其中(Gd0.8Sr0.2)0.96CoO3-δ(GSC0.96)在中高溫區(qū)間具有最佳導(dǎo)電性能，800℃時(shí)電導(dǎo)率為465.057S·cm-1。
　　 按質(zhì)量比6∶4制備了(Gd0.8Sr0.2)1-xCoO3-δ-SDC

6、復(fù)合陰極，以(Gd0.8Sr0.2)1-xCoO3-δ-SDC為陰極，SDC-LSGM為電解質(zhì)制備了對(duì)稱(chēng)電池。交流阻抗譜表明適量的A位缺位可改善ABO3型的Gd0.8Sr0.2CoO3-δ陰極材料的氧催化活性，其中GSC0.96-SDC極化電阻在750℃時(shí)為0.094Ω.cm2。XRD分析顯示GSC0.96與SDC粉體在1100℃燒結(jié)2小時(shí)后并無(wú)新相產(chǎn)生。SEM圖顯示GSC0.96-SDC具有疏松的多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高于30％，符合SOF