新型中溫固體氧化物燃料電池電解質材料的制備與性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種能量轉換裝置，具有能量轉換效率高、對環(huán)境友好和操作簡單等優(yōu)點，在世界范圍內得到了廣泛關注和研究。傳統(tǒng)的SOFC由于工作溫度高(1000℃以上)帶來諸多材料和技術問題，因此，降低其工作溫度至中溫范圍(600-800℃)成為當前國際上SOFC發(fā)展的趨勢。為實現(xiàn)中溫化目的，主要有兩條研究途徑:其一是研究探索在中溫條件下氧離子傳導率高的新型固體電解質材料，其二是減小固體電解質的厚度，發(fā)展電極支撐的薄膜化電解質

2、制備技術，以降低電池內阻，增大功率輸出。本論文主要研究新型硅基電解質材料的制備工藝技術和元素摻雜對材料的離子導電性能的影響。
　　論文通過溶膠凝膠法合成了新型硅基電解質材料Sr1-xAxSiO3-δ（A=Na和Li; x=0.1，0.2，0.3，0.4）。通過差熱-熱重分析、X射線衍射分析、掃描電鏡分析、交流阻抗譜技術等手段對材料的熱分解過程、物相結構、微觀形貌和燒結性能及離子導電率進行了表征。結果表明，相較于傳統(tǒng)的固相反應法，采

3、用溶膠凝膠法制備的電解質材料為單斜結構、粉體顆粒粒徑小，大小均勻以及電導率高等優(yōu)點，因此溶膠凝膠法是一種比較理想的合成硅基電解質材料的方法。
　　在采用溶膠凝膠法合成電解質硅基粉體材料時，研究了溶液的pH值、用水量、反應溫度對凝膠的影響，優(yōu)化出制備凝膠的工藝條件為:pH=8、用水量為40ml、反應溫度為40℃。通過對凝膠的熱重分析確定了熱處理工藝，首先以5℃/min的升溫速率加熱至600℃保溫3h，然后再以10℃/min的升溫速率

4、加熱至900℃保溫3h，獲得粉體材料，通過燒結工藝優(yōu)化，確定將上述粉體材料經過冷壓和900℃燒結，獲得相對致密和性能良好的電解質片體。
　　通過交流阻抗譜技術對電解質材料Sr1-xAxSiO3-δ(A=Na、Li; x=0.1，0.2，0.3，0.4)的電導率進行研究，結果表明，電解質材料Sr1-xAxSiO3-δ(A=Na、Li;x=0.1，0.2，0.3，0.4)的電導率隨溫度升高而增加，同時也隨著x值增加而增加，而且相較于傳

5、統(tǒng)的固相反應法，通過溶膠-凝膠法合成的電解質Sr1-xNaxSiO3-δ(x=0.1，0.2，0.3，0.4)具有更高的電導率。當溫度為700℃時，經溶膠-凝膠法制備的Sr0.6Na04SiO3-δ電導率可達3.25×10-2 S·cm-1，為固相反應法(1.42×10-2 S·cm-1)的2.3倍。而溶膠凝膠法制備的電解質Sr0.6Li0.4SiO3-δ電導率可達3.4×10-2 S·cm-1。結果表明，中溫條件下硅基電解質材料具有良