b位cu2摻雜prba0.92co2xcuxo5δ中溫固體氧化物燃料電池陰極材料制備與性能研究

1、碩士學(xué)位論文B 位C u 2 + 摻雜P r B a o ．9 2 C 0 2 ．x C u x 0 5 + 6 中溫固體氧化物燃料電池陰極材料制備與性能研究S y n t h e s i sa n d p r o p e r t i e s o f B —s i t eC u 2 + 一d o p e dP r B a o ．9 2 C 0 2 ．x C u x 0 5 + 6 c a t h o d em a t e r i a l

2、 so f I T —S O F C學(xué) 2 1 2 0 2 0 4 5大連理工大學(xué)D a l i a l l U n i v e r s 時(shí)o f T e c l l I l o l o g y大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要固體氧化物燃料電池( S O F C ) 是一種在中高溫下將儲(chǔ)存在燃料氣體和氧氣中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置，屬于第三代燃料電池。早期開發(fā)的S O F C 工作溫度較高，一般在8 0 0

3、0 C ．1 0 0 0 0 C 溫度范圍內(nèi)，較高的工作溫度會(huì)降低電池材料的使用壽命，提高其制備與運(yùn)行成本。近年來科學(xué)工作者已成功研發(fā)出中溫固體氧化物燃料電池( I T ．S O F C ) ，其工作溫度降低到6 0 0 0 C ．8 0 0 0 C 之間，提高了電池使用壽命并降低電池制備與運(yùn)行成本，使S O F C 的發(fā)展與商業(yè)化應(yīng)用。然而，工作溫度的降低也帶來了一系列材料問題，特別是作為關(guān)鍵部件的陰極材料的極化問題嚴(yán)重加劇，導(dǎo)致中溫

4、S O F C 輸出功率和能量轉(zhuǎn)化效率下降。因此，開發(fā)性能優(yōu)良的新型陰極材料對(duì)促進(jìn)中溫S O F C 的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物L(fēng) n B a C 0 2 0 5 嫡( L n 為鑭系元素) 是新型中溫S O F C 陰極材料，通過A 位和／或B 位離子摻雜可對(duì)其進(jìn)行性能優(yōu)化。在本課題組前期工作中，通過引入8 m 0 1 ％A 位B a 2 + 離子缺位獲得高氧還原催化活性中溫S O F C 陰極材料P r B

5、a o ．9 2 C 0 2 0 5 + 6( P B o ．9 2 C O ) ，但是，該陰極依然存在熱膨脹系數(shù)( T E C ) 過高問題。針對(duì)這一問題，本工作通過B 位C u 2 + 摻雜對(duì)P r B a o ．9 2 C 0 2 0 5 娟進(jìn)行改性研究，制備了不同C u 2 + 摻雜量P r B a 0 ．9 2 C 0 2 ．x C u x O m ( P B o ．9 2 C C ．x ，x = 0 ．O 、O ．5 、1

6、．0 ) 氧化物，系統(tǒng)研究了C u 2 + 摻雜量對(duì)樣品相結(jié)構(gòu)、氧含量與化學(xué)缺陷、熱失重行為、高溫化學(xué)穩(wěn)定性、熱膨脹性質(zhì)以及電導(dǎo)率和電化學(xué)催化性能的影響規(guī)律及其物理、化學(xué)機(jī)制。主要研究內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：( 1 ) 采用溶膠．凝膠法合成了不同C u 2 + 摻雜量P B o ．9 2 C C —x ( x = 0 ．0 、0 ．5 、1 ．0 ) 氧化物粉體，并進(jìn)行了X 1 m 測試，結(jié)果表明：C u 2 + 摻雜降低了P B o ．9

7、 2 C C ．x 氧化物的成相溫度，x - O ．5 與x = 1 ．0 樣品9 5 0 0 C 成相，而x = 0 ．0 樣品1 0 5 0 0 C 成相；三個(gè)樣品均為P m m m層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并且隨著C u 2 + 摻雜量的增大，P B o ．9 2 C C ．x 發(fā)生晶格膨脹；( 2 ) 在室溫下利用碘滴定方法測試、計(jì)算了P B o ．9 2 C C —x 樣品的氧含量、氧空位濃度、C o n + 平均價(jià)態(tài)n 以及C o n

8、 + 的價(jià)態(tài)分布，結(jié)果表明：C u 2 + 的引入有助于P B o ．9 2 C C —x 中氧空位的形成，隨C u 2 + 摻雜量增大，樣品氧含量減小，氧空位濃度增大，同時(shí)C o n + 平均價(jià)態(tài)n 與C o 針含量增大；( 3 ) 在空氣中3 0 0 C ．1 0 0 0 0 C 溫度范圍測試、分析了P B o ．9 2 C C ．x 的熱失重行為，發(fā)現(xiàn)C u 2 + 摻雜導(dǎo)致P B o ．9 2 C C ．x 氧化物的熱失重行為發(fā)