含鈷燃料電池陰極材料的電導(dǎo)弛豫研究.pdf

1、燃料電池是一種在等溫條件下直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。從原理上說(shuō)，燃料電池不受卡諾循環(huán)的限制，用于轉(zhuǎn)化電能的化學(xué)能來(lái)自燃料和氧化劑氣體的反應(yīng)能，具有能量轉(zhuǎn)化率高和環(huán)境友好等傳統(tǒng)熱機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
　　固體氧化物燃料電池是一種全固態(tài)燃料電池，具有無(wú)泄漏、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是最理想的燃料電池類型之一。但迄今SOFC自身仍然有許多基礎(chǔ)研究問(wèn)題尚未得到妥善解決。人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到降低操作溫度（600-800oC）的重要性。但隨著工作溫

2、度的降低，電解質(zhì)歐姆電阻和電極極化電阻增大，而陰極的極化電阻增大尤為明顯。因而，陰極性能成為人們所關(guān)心的問(wèn)題之一。本文就是以發(fā)展中溫固體氧化物燃料電池為應(yīng)用背景，圍繞中溫陰極材料做了如下一些工作：
　　首先研究了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ樣品的制備、熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)。對(duì)樣品分別進(jìn)行了XRD、熱膨脹、電導(dǎo)率以及電導(dǎo)弛豫等測(cè)試。研究發(fā)現(xiàn)，測(cè)試的熱膨脹曲線在較高溫度下偏離線性變化而變得陡峭以及電導(dǎo)率先增后減600℃時(shí)

3、達(dá)到極值，這都是因?yàn)榫Ц裱醯娜笔б约把蹩瘴坏男纬?。另外?duì)樣品在中溫區(qū)進(jìn)行了電導(dǎo)弛豫測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著測(cè)量溫度的增加，樣品的弛豫速度增加，達(dá)到平衡所需的時(shí)間也明顯減少。T=720℃的弛豫時(shí)間是T=770℃的兩倍。相應(yīng)的化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)在7×10-8-1×10-7cm2·S-1之間。計(jì)算出的氧化學(xué)擴(kuò)散的活化能約為Ea=40.8±3.6kJ·mol-1。
　　然后我們又對(duì)另一種中溫陰極材料Sm0.5Sr0.5CoO3-δ樣品進(jìn)行了研究，測(cè)

4、試了其晶體結(jié)構(gòu)、熱膨脹、電導(dǎo)率以及電導(dǎo)弛豫性能。研究發(fā)現(xiàn)，熱膨脹曲線也在較高溫度時(shí)偏離線性變化而變得陡峭，電導(dǎo)率先增后減450℃時(shí)達(dá)到極值，與上面的分析相同這都是因?yàn)榫Ц裱醯娜笔б约把蹩瘴坏男纬伞Ａ硗鈱?duì)樣品在中溫區(qū)進(jìn)行的電導(dǎo)弛豫測(cè)試結(jié)果顯示，隨著測(cè)量溫度的增加，樣品的弛豫速度增加，達(dá)到平衡所需的時(shí)間也明顯減少。T=550℃的弛豫時(shí)間是T=620℃的40倍。相應(yīng)的化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)在2×10-8-2×10-6cm2?S-1之間。計(jì)算出的氧化學(xué)擴(kuò)