基于錳鐵摻雜的鉻酸鍶鑭的燃料電池陽極復(fù)合材料研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種全固態(tài)的發(fā)電裝置，它具有高效率，低污染的優(yōu)點，基于這些優(yōu)點，對SOFC的研究達(dá)到了空前的熱度。傳統(tǒng)的SOFC以氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）為電解質(zhì)、使用氫氣（H2）作為燃料，其陽極通常使用Ni/YSZ金屬陶瓷材料，在H2條件下它表現(xiàn)出卓越的性能。但是，H2主要是通過電解水或裂解石油制備，造成SOFC燃料成本偏高，為了降低運行成本、推進SOFC的實用化，需要直接使用含碳燃料，但以Ni/YSZ為陽極的SOF

2、C在對含碳燃料的測試中卻出現(xiàn)了明顯的性能衰退。這就迫使我們?nèi)ふ乙环N全新的陽極材料。鈣鈦礦氧化物憑借自己在氧化和還原氣氛下突出的穩(wěn)定性優(yōu)勢，作為SOFC陽極材料引起了廣泛的關(guān)注。
　　研究發(fā)現(xiàn)，用堿土和過渡族元素分別對LaCrO3的La位和Cr位進行摻雜能夠有效地改善材料的電催化性能，使這種原本用于SOFC連接體的材料被成功改造為具有抗御碳沉積能力的陽極材料。其中，摻雜較為成功的材料是LaxSr1-xCryMn1-yO3-δ（LS

3、CrM）和LaxSr1-xCryFe1-yO3-δ（LSCrFe），它們在還原氣氛中表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，但這兩種材料的電導(dǎo)率都不夠高、電催化能力也非常有限。本文的研究重點就是將具有高離子導(dǎo)電性的SDC，高電子導(dǎo)電性并具有陽極催化能力的Ni，Cu，Ag等摻入到LSCrM和LSCrFe中，形成復(fù)合陽極材料，以提升和改善其陽極的性能。以純LSCrM為陽極，YSZ為電解質(zhì)，（La，Sr）MnO3（LSM）為陰極的SOFC在H2條件下850oC

4、的輸出功率密度為230mW/cm2。在同樣的測試條件下，以浸漬SDC的LSCrM為陽極的SOFC輸出性能達(dá)到了400mW/cm2，如果將具有高催化性能的Ni和高離子電導(dǎo)率的SDC同時浸漬到LSCrM電極材料中，電池的性能達(dá)到1100mW/cm2，這是迄今為止有關(guān)LSCrM報道的最高值。在對含碳燃料CH4的測試中電池的輸出性能提高的更為明顯，由Ni和SDC浸漬的LSCrM陽極使SOFC的輸出功率密度達(dá)到645mW/cm2。與LSCrM一樣

5、，LSCrFe電極的摻雜也同樣取得了顯著的成效，以Ni和SDC浸漬LSCrFe為陽極的SOFC在H2和CH4條件下的輸出功率密度分別達(dá)到了783和214mW/cm2（850oC）。
　　本文還對傳統(tǒng)的機械混合和新的溶液浸漬復(fù)合陽極制備方法做了相應(yīng)的對比，證明浸漬方法更為有效。在對浸漬Ni的鈣鈦礦電極進行6h的連續(xù)運行測試過程中性能衰退并不明顯，并且在最終的電鏡照片中也沒有發(fā)現(xiàn)碳沉積。這表明，微量Ni催化劑的存在并不會引起明顯碳沉積

6、，因此只要有效控制Ni在電極中的含量，可以在不引起碳沉積的情況下極大的提升電極的催化性能。為了確保浸漬的納米顆粒能夠在電極內(nèi)部分布得更加均勻，我們采取了真空浸漬的手段，并對常壓浸漬和真空浸漬結(jié)果進行了對比。為了考察復(fù)合陽極中Ni的含量對其性能的影響，我們采用不同濃度的Ni(NO3)2溶液對電極進行浸漬處理，最終的測試結(jié)果表明電極的催化性能隨Ni含量的增加而不斷改善。
　　上述研究結(jié)果表明，在LSCrM和LSCrFe基礎(chǔ)上制備的SO