In，Ta，Y共摻的BaCeO3基質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池性能研究.pdf

1、質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池(H-SOFC)因在中溫環(huán)境中具備優(yōu)良的工作性能而獲得了人們的廣泛關(guān)注。然而，在H-SOFC中具有代表性的BaCeO3基質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)材料在工作時化學(xué)穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致H-SOFC的發(fā)展和應(yīng)用受到了不少的限制。
　　本論文首先研究了In，Ta，Y等元素的摻雜對BaCeO3基質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)材料穩(wěn)定性、燒結(jié)活性及電導(dǎo)率等方面的影響;其次，確定了綜合性能相對良好的電解質(zhì)材料各組分摻雜比例，制備出由上述電解質(zhì)材料所

2、組成的單電池，進(jìn)一步研究了單電池的穩(wěn)定性、燒結(jié)活性和電化學(xué)性能。各章節(jié)具體內(nèi)容如下:
　　第一章，全面介紹了固體氧化物燃料電池及其工作原理，并重點(diǎn)介紹了質(zhì)子導(dǎo)體氧化物燃料電池的研究現(xiàn)狀及意義。
　　第二章，簡述了本研究中所需的藥品、儀器、表征手段和測試方法。
　　第三章，系統(tǒng)研究了In，Ta，Y等元素的摻雜對BaCeO3基電解質(zhì)材料化學(xué)穩(wěn)定性、燒結(jié)活性及電導(dǎo)率的影響。化學(xué)穩(wěn)定性結(jié)果表明，性能相對優(yōu)良的電解質(zhì)材料是BaC

3、e0.7Ta0.2Y0.1O3-δ(BCTY)和BaCe0.7In0.1Ta0.1Y0.1O3-δ(BCITY)，它們在100％CO2和沸水環(huán)境中均保持較好的BaCeO3主相;而BaCe0.7In0.2Y0.1O3-δ(BCIY)電解質(zhì)材料在沸水的環(huán)境中相對穩(wěn)定，在100％CO2環(huán)境中穩(wěn)定性較差;最不理想的是BaCe0.7Y03O3-δ(BCY)電解質(zhì)材料，它經(jīng)100％CO2和沸水處理后均產(chǎn)生較多雜相，甚至在沸水處理后已檢測不到BaCe

4、O3鈣鈦礦主相。上述結(jié)果表明In，Ta元素的摻雜均有益于改良BCY電解質(zhì)材料的化學(xué)穩(wěn)定性;相對而言，適當(dāng)比例Ta的摻入對材料穩(wěn)定性有更大程度的改良與提升。燒結(jié)活性用收縮率來表征。研究發(fā)現(xiàn)BCIY電解質(zhì)材料燒結(jié)活性最好——在1250℃時就可燒結(jié)致密;而BCITY，BCTY，BCY則分別需要在1350，1450，1450℃才能燒結(jié)致密;由此可見In的摻雜能夠提高電解質(zhì)材料的燒結(jié)活性。進(jìn)一步的電導(dǎo)率測試表明:BCY，BCIY，BCTY，BCI

5、TY在600℃在濕潤氫氣環(huán)境下的電導(dǎo)率分別為10，3.8，2，2.5×10-3S·cm-1，表明In，Ta的摻雜使BCY電解質(zhì)材料電導(dǎo)率有較大損失。
　　第四章，單電池的制備與性能測試。采用改進(jìn)的檸檬酸鹽法制備了改良的BaCe0.7In0.15Ta0.05Y0.1O3-δ(BCI15T5Y)質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)材料，該電解質(zhì)材料的燒結(jié)溫度為1350℃，在100％CO2和沸水的環(huán)境下保持較好的化學(xué)穩(wěn)定性。以此電解質(zhì)材料為基礎(chǔ)，選擇陽極材料

6、NiO-BCI15T5Y、陰極材料La0.7Sr0.3FeO3-δ-BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ(LSF-BZCY)制備出多組單電池。檢測結(jié)果表明，在550，600，650，700，750℃時，該類型單電池開路電壓分別是1.080，1.063，1.036，0.999，0.965V;輸出功率密度分別為116，200，274，303，315mW/cm2;值得一提的是，在600℃溫度下它可至少連續(xù)工作100h;另外，BCI15T5