檸檬酸法制備中溫固體氧化物燃料電池Ni-SDC陽極材料.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)由于具有能量轉(zhuǎn)化率高，無污染，安全等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注。為使SOFC從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)我們的日常生活之中，操作溫度中低溫化是必經(jīng)之路。Sm2O3摻雜CeO2(Ce0.8Sm0.2O1.9)就是一種在中低溫范圍內(nèi)性能出色的電解質(zhì)材料，在800℃以下離子電導(dǎo)率比YSZ高一個數(shù)量級以上。因此Ni/Ce0.8Sm0.2O1.9(簡稱Ni/SDC)被認(rèn)為是一種很有潛力的SOFC的陽極材料。 目前陽極材料的制備普遍

2、采用固相法、水熱合成法、共沉淀法和溶膠-凝膠法等。這些方法都存在一定的不足之處，近年來，隨著低溫合成技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員探索將溶膠-凝膠法和自蔓延高溫合成技術(shù)(SHS)結(jié)合在一起，同時兼顧溶膠-凝膠法和SHS的優(yōu)點(diǎn)，制備高燒結(jié)活性、組分分散均勻的粉體，開發(fā)出了一種新型的化學(xué)合成方法--檸檬酸燃燒法。 檸檬酸燃燒法制備NiO/Ce0.8Sm0.2O1.9(簡稱NiO/SDC)粉體可以減少晶界電阻，并最終得到泡沫狀，疏松表面活性

3、大的納米粉體。但是由于納米顆粒粒度小、比表面積大、表面能大，處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，因而很容易凝并、團(tuán)聚形成二次粒子，使粒子粒徑變大，失去納米顆粒所具備的特性，給NiO/SDC納米粉體的制備和燃料電池性能帶來負(fù)面影響。本課題采用改進(jìn)的檸檬酸燃燒法解決NiO/SDC納米粉體團(tuán)聚問題，對實(shí)現(xiàn)無團(tuán)聚納米粉體制備具有積極的意義。 本文討論了前驅(qū)體溶液中檸檬酸與金屬陽離子摩爾比(MRCM)大小對制備出的NiO/SDC粉體粒度和團(tuán)聚狀態(tài)影響：前

4、驅(qū)體溶液中標(biāo)志檸檬酸含量的MRCM分別取1.0、1.5和2.0，XRD結(jié)果顯示MRCM=1.0時晶粒尺寸最小，NiO為7.1nm，SDC為5.04nm。MRCM=1.15時制備的NiO/SDC粉體，由DTA-TG結(jié)果可知360℃時干凝膠分解基本結(jié)束。XRD的結(jié)果表明點(diǎn)燃后沒有出現(xiàn)Sm2O3的衍射峰，說明Sm3+已進(jìn)入CeO2晶格形成固溶體。粉體點(diǎn)燃后的比表面積最大，達(dá)到29.508 m2/g，800℃焙燒后粉體比表面積為6.298 m2

5、/g，隨著焙燒溫度上升粉末比表面積下降，這是由焙燒溫度升高晶粒長大造成的。由TEM顯示粉體呈規(guī)則球型，但是晶粒相互之間的團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，這是因?yàn)榫Я３叽缧?、表面活性高，容易發(fā)生團(tuán)聚。 采用檸檬酸燃燒法制備了Ni/SDC金屬陶瓷，并對其結(jié)構(gòu)、形貌、燒結(jié)性能和電導(dǎo)率等進(jìn)行研究：還原后的Ni/SDC金屬陶瓷孔隙率集中在20％至50％之間，滿足燃料氣體和產(chǎn)物水的擴(kuò)散。由燒結(jié)收縮率曲線和熱膨脹系數(shù)顯示在不影響陽極性能的前提下，含NiO(

6、wt％)45％-55％的NiO/SDC與SDC粉體共燒結(jié)時具有較好的匹配性能。Ni/SDC金屬陶瓷電導(dǎo)率隨Ni含量增加、測試溫度下降而上升，燒結(jié)溫度降低而下降。 論文還通過向前驅(qū)體溶液中添加分散劑解決NiO/SDC粉體團(tuán)聚現(xiàn)象，對不同分散機(jī)理的分散劑解聚效果進(jìn)行比較：粒度分析結(jié)果表明在前驅(qū)體溶液中添加分散劑制備的NiO/SDC粉體團(tuán)聚狀況有了明顯的改善，二次團(tuán)聚被抑制。添加非離子型分散劑聚乙二醇6000的NiO/SDC粉體具有最