中溫固體氧化物燃料電池CuFe2O4陰極的制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是當(dāng)今世界現(xiàn)有的較為清潔的能源。SOFC的廣泛應(yīng)用是源于其對(duì)化學(xué)能和電能間相互轉(zhuǎn)換的直接性。固體氧化物燃料電池不僅包含了燃料電池的所有優(yōu)點(diǎn)，還有其特定優(yōu)點(diǎn)如固體電解質(zhì)穩(wěn)定性好、環(huán)境友好等，使其得到研究者的日益關(guān)注。本文中的CuFe2O4材料屬于尖晶石氧化物，具有低熱膨脹系數(shù)，能夠和電解質(zhì)相匹配，避免電池在高溫下由于受熱急劇膨脹而發(fā)生陰極與電解質(zhì)剝離，使用壽命因此而延長(zhǎng)。并且尖晶石材料CuFe2O4制備的過(guò)程

2、簡(jiǎn)單、原料成本低，有利于推進(jìn)固體氧化物燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用。
　　通過(guò)對(duì)CuFe2O4前驅(qū)體熱重的分析，可以初步確定IT-SOFC的CuFe2O4陰極的煅燒溫度的大致范圍。本文采用了兩種方法，即固相法和溶膠凝膠法制備CuFe2O4的前驅(qū)體，再在不同溫度下分別煅燒，依據(jù)XRD表征的結(jié)果，最終確定800 ℃是CuFe2O4粉體的最佳煅燒溫度。此外，本文證實(shí)了陰極與電解質(zhì)在1200 ℃不發(fā)生反應(yīng)，有良好的化學(xué)相容性。在熱膨脹性能方面，高

3、溫?zé)Y(jié)電池時(shí)，CuFe2O4陰極與電解質(zhì)基本不會(huì)發(fā)生剝離甚至脫落的情況。采用絲網(wǎng)印刷的方法制備對(duì)稱電池。CuFe2O4對(duì)電極反應(yīng)的催化能力受很多因素影響，本文主要研究溫度方面，實(shí)驗(yàn)得到800 ℃煅燒CuFe2O4陰極，在900 ℃燒結(jié)電池后，其電化學(xué)阻抗是最低的。溶膠凝膠法800 ℃測(cè)試時(shí)阻抗為0.132Ωcm2，電化學(xué)性能優(yōu)于固相法的0.140Ωcm2；650 ℃時(shí)測(cè)試的阻抗為2.191Ωcm2，低溫性能更好，優(yōu)于固相法的2.430Ω

4、cm2。將CuFe2O4陰極制成陽(yáng)極支撐型單電池，最大放電功率800 ℃測(cè)試為1035.3mWcm-2。
　　與文獻(xiàn)中記載的阻抗值相比，CuFe2O4陰極的電化學(xué)性能仍有待提升，本文選取本身催化能力強(qiáng)的Co元素，進(jìn)行了B位摻雜，制備CuFe2-xCoxO4(x=0.05，0.1，0.15，0.2)陰極，改性后的CuFe2O4陰極電化學(xué)性能有所提升，而且Co摻入量增大時(shí)電池性能為上升趨勢(shì)。CuFe1.85Co0.15陰極在800 ℃

5、測(cè)試時(shí)電化學(xué)阻抗為0.098Ωcm2，相比CuFe2O4陰極有了一定提升。CuFe1.85Co0.15O4陰極由于Co助燒結(jié)的關(guān)系，材料的低溫性能得到顯著提升，650 ℃時(shí)測(cè)試的阻抗僅為1.194Ωcm2。
　　將所得陰極材料CuFe2-xCoxO4(x=0，0.05，0.1，0.15)制成陽(yáng)極支撐型單體電池，800 ℃測(cè)試得CuFe1.85Co0.05O4最大放電功率1128.7mWcm-2。說(shuō)明了銅鐵系尖晶石氧化物CuFe2O