新型IT-SOFC復合陰極材料的制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池因具有高效、低污染等優(yōu)點引起了世界范圍內的廣泛關注，陰極材料是固體氧化物燃料電池中極其重要的組成部分。本文采用鈣鈦礦氧化物GdxSr1-xCoO3-δ（x=0.9～0.5）作為陰極材料，將其與電解質Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）和CO3O4組成GSC-SDC和GSC-SDC-Co3O4一系列復合陰極，并對其相關性能進行了研究。
　　 采用甘氨酸-硝酸鹽燃燒（CNP）法合成了GdxSr1-xCoO3-δ（

2、x=0.9～0.5）以及SDC，XRD圖譜表明GdxSr1-xCoO3-δ（x=0.9～0.5）在900℃燒結4h后已經形成立方鈣鈦礦相，而SDC在700℃焙燒4h后形成立方螢石相。采用直流四電極法對GdxSr1-xCoO3-δ（x=0.9～0.5）和SDC燒結體的電導率進行了測量，GdxSr1-xCoO3-δ（x=0.9～0.5）的電子傳導符合小極化子導電機理，其中Gd0.8Sr0.2CoO3-δ（GSC）在中高溫區(qū)間擁有最高的電導率

3、，850。c時電導率達到了373S-cm-1；而SDC在測試溫度區(qū)間內的電導活化能為0.62eV，在750℃的電導率為0.0742S·cm-1。
　　 將GSC與SDC以不同的質量比混合制備成復合陰極，通過GSC-SDC生坯的燒結曲線得出1100℃是復合陰極的最佳燒結溫度，從燒結體的SEM圖可以看出GSC和SDC晶粒都得到了良好的生長，平均顆粒大小為10μm，并且顯示出了多孔結構。在30-1000℃溫度范圍內，GSC與SDC的熱

4、膨脹系數分別為23.1×10-6K-1和11.2×10-6K-1，而在GSC中分別加入20％和50％質量比的SDC后，復合陰極的熱膨脹系數分別降為19.5×10-6K-1和13.4x10-6K-1，改善了陰極與電解質熱膨脹系數不匹配的問題。以GSC-SDC為陰極，SDC為電解質制備了半電池，半電池的交流阻抗譜表明隨著SDC在陰極中質量比的提高，阻抗譜中低頻半圓逐漸變小，高頻的半圓逐漸占據著主要地位，意味著此時的電極控制步驟為氧離子由電極

5、向電解質傳輸的過程，GS64半電池具有最小的極化電阻，其在750℃時的極化電阻為0.289Ω·cm2。隨著測試溫度的降低，極化電阻也逐漸增加，此時低頻弧占據著主導地位，主要的速率控制步驟與氧擴散過程有關。
　　 本文設計了NiO-SDC｜SDC｜GSC-SDC和NiO-SDC｜SDC｜GSC-SDC-Co3O4兩種不同陰極的單電池。以H2為燃料，測試了單電池在600～750℃下的電性能和開路條件下的阻抗。結果表明：在以GSC-S

6、DC為陰極的單電池中，隨著陰極中SDC的含量的增大，單電池的電性能也隨之提高，當GSC與SDC的質量比為6:4時，此時單電池性能達到了最優(yōu)，750℃時的最高功率密度為330mW/cm2，極化電阻為0.195Ω·cm2；在以GSC-SDC-Co3O4為陰極的單電池中，GSC和SDC的質量比固定為6:4，而隨著陰極中Co2O4含量的增大，單電池的電性能又能得到進一步的提高，在所測樣品中，當陰極組成是GSC-SDC和Co3O4的質量比為7:3