la10si5.8mg0.2o26.8電解質(zhì)薄膜及其陽極功能層制備

1、 碩 士 學(xué) 位 論 文 La10Si5.8Mg0.2O26.8 電解質(zhì)薄膜及其 電解質(zhì)薄膜及其陽極 陽極功能層 功能層制備 制備 Fabrication of La10Si5.8Mg0.2O26.8 electrolyte films and their anode functional layers 作 者 姓 名： 解添 學(xué)科、 專業(yè)： 材料物理化學(xué)

2、 學(xué) 號： 21405028 指 導(dǎo) 教 師： 項(xiàng)禮 完 成 日 期： 20170606 大連理工大學(xué) Dalian University of Technolo

3、gy La10Si5.8Mg0.2O26.8電解質(zhì)薄膜及其陽極功能層的制備 - I - 摘 要 固體氧化物燃料電池 ( Solid Oxide Fuel Cell, SOFCs ) 是一種能夠轉(zhuǎn)換能量的裝置。SOFCs 將燃料氣體和空氣在電解質(zhì)處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)， 于是把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軓亩鴮?shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。SOFCs 不但是清潔的能源，而且還是一種極其高效的能源。 由于傳統(tǒng)的 SOFCs 在高溫下運(yùn)行， 這嚴(yán)重限制了 SOFC

4、s 的發(fā)展， 因此中低溫 SOFCs成為了現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)。中低溫 SOFCs 降低了運(yùn)行時(shí)的溫度，使 SOFCs 的性能更穩(wěn)定、使用壽命更長久、材料之間的相容性更佳、生產(chǎn)成本更低。與此同時(shí)，中低溫的SOFCs 還可以加速啟動(dòng)速度、降低啟動(dòng)時(shí)間、擁有著寬廣的使用空間進(jìn)而推動(dòng) SOFCs的商業(yè)化發(fā)展。因此，尋找中低溫下具有高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)材料以及電解質(zhì)的薄膜化成為了研究的關(guān)鍵。 我們選擇了在中低溫下具有較高離子電導(dǎo)率的新型電解質(zhì)材料磷

5、灰石型硅酸鑭La10Si5.8Mg0.2O26.8 作為制備電解質(zhì)薄膜的材料。這種材料的分子式中 SiO2 與 La2O3 的比例為 9:7；在中低溫下?lián)碛兄鄬^低的活化能以及相對較高的氧負(fù)離子的電導(dǎo)率；在氧分壓很寬的條件下， 它是優(yōu)良的純氧負(fù)離子導(dǎo)體； 與此同時(shí)， 它還有著化學(xué)穩(wěn)定性高，熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)勢，是一種非常有潛力的中溫 SOFCs 電解質(zhì)材料。 為了在多孔陽極上得到均勻致密的電解質(zhì)薄膜，本研究采用絲網(wǎng)印刷的方法，在鎳/磷灰

6、石型硅酸鑭多孔復(fù)合陽極上制備一層 Ni/La10Si5.8Mg0.2O26.8 陽極功能層。將 NiO/ La10Si5.8Mg0.2O26.8 粉料與松油醇以質(zhì)量比為 6:4 的比例混合并加入不同量的乙基纖維素作為粘結(jié)劑， 從而得到功能層漿料。用刮板將漿料印刷在陽極片基片上，在 70℃下烘干半小時(shí)，之后在 1050 °C 下燒結(jié) 2 h。在 600 °C 恒溫下的氫氣氛圍中還原功能層樣品，最終制備出 Ni/ La1

7、0Si5.8Mg0.2O26.8 陽極功能層。采用 XRD 和 SEM 對陽極功能層進(jìn)行了物相、表面微觀形貌以及功能層厚度表征。采用圖像分析法測定了樣品的孔隙率，使用萬用表測量室溫下陽極功能層的電阻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：用含 14 wt%乙基纖維素的漿料印刷出的陽極功能層樣品表面沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋，其平均氣孔尺寸在 1 μm 以下。當(dāng)乙基纖維素含量很小或者很大的時(shí)候功能層氣孔尺寸變大并出現(xiàn)裂紋。樣品還原后，電阻在 2.0 Ω～2.2 Ω 范圍