中溫固體氧化物燃料電池高離子電導(dǎo)材料SDC–xLiNaSO4及非Sr非Co陰極材料的制備及性能研究.pdf

1、在固體氧化物燃料電池(SOFC)中，提高電極和電解質(zhì)之間的中間層材料以及陰極材料的性能和穩(wěn)定性是增加SOFC單電池的輸出功率和實(shí)現(xiàn)能源高利用率的重要途徑之一。本文（一）在氧離子導(dǎo)體Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)中加入第二相鹽LiNaSO4形成納米復(fù)合物，氧離子電導(dǎo)率較S DC提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，將該復(fù)合物作為SO FC的高離子電導(dǎo)功能性中間層，大大提高了電池的輸出功率，并進(jìn)一步探索了復(fù)合物的作用機(jī)理。（二）對(duì)A2BO4型類鈣鈦礦非

2、Sr非Co陰極材料Pr2NiO4+δ進(jìn)行了改性研究，顯著提高了其電化學(xué)性能和抗Cr中毒性能。
　　合成制備了一種用于中溫固體氧化物燃料電池中間層的新型納米級(jí)復(fù)合材料Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)-xLiNaSO4(wt％)。并且對(duì)之進(jìn)行了一系列的技術(shù)表征，包括熱重分析、X射線衍射分析、紅外波普吸收分析、單電池的電導(dǎo)率和電流電壓曲線測(cè)試等。研究了不同質(zhì)量比例（x） LiNaSO4在 SDC中的加入對(duì)材料在晶相、空穴數(shù)以及電導(dǎo)

3、率的影響。研究結(jié)果表明20%質(zhì)量摻入的復(fù)合材料表現(xiàn)出最高的電導(dǎo)率。在550oC、600oC以及700oC的測(cè)試溫度電導(dǎo)率達(dá)0.22、0.26和0.35 S·cm-1，遠(yuǎn)超同溫度區(qū)間內(nèi) SDC所具備的電導(dǎo)率值。在單電池的測(cè)試中，以SDC-20wt%LiNaSO4材料作為中間層的單電池在500oC、600oC以及700oC時(shí)的峰功率密度分別達(dá)到227、390和876 mW/cm2，對(duì)比于用SDC作為中間層的單電池在電池功率密度上有了大幅度的

4、提高。同時(shí)對(duì)兩種不同材料中間層的單電池進(jìn)行了50小時(shí)穩(wěn)定性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示兩個(gè)電池都具備熱穩(wěn)定性，表明S DC-20%LiNaS O4具備高離子電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性，在中溫固體氧化物燃料電池功能型中間層具備應(yīng)用前景的材料。
　　在成功制備的非Sr非Co A2BO4型類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料Pr2NiO4+δ基礎(chǔ)上，在用Cu以及Fe部分取代Ni合成了Pr2Ni1-xCuxO4+δ（x=0.05,0.1,0.2）以及Pr2Ni1-xFexO4+

5、δ（x=0.05,0.1）。對(duì)這些材料進(jìn)行了一系列的測(cè)試以及表征，包括熱重分析、X射線衍射分析、單電池的電導(dǎo)率和電流電壓曲線測(cè)試、穩(wěn)定性測(cè)試及抗Cr中毒測(cè)試等。測(cè)試結(jié)果顯示所有組分在1200 oC時(shí)能夠得到純相，Cu的摻入降低了材料的成相溫度，F(xiàn)e的摻入提高了材料的成相溫度，同時(shí) Cu以及Fe的摻入明顯提升了單電池功率密度。在Cu系列摻雜摻雜組分中，材料 Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ具有最低的對(duì)稱電池面電阻及最高的峰功率密度。以7

6、00oC為例，面電阻為0.137Ωcm2，功率密度為500mW/cm2，分別是同溫度下不摻雜的1/2和2倍。Fe系列摻雜組分中，x=0.1時(shí)，以它為陰極材料制備的單電池具有最高的功率密度，800oC時(shí)高達(dá)1.12W/cm2，700oC時(shí)為725mW/cm2，較Pr2NiO4+δ為陰極的單電池（700oC為184.9mW/cm2）功率密度顯著提高。在700oC單電池穩(wěn)定性測(cè)試中，Pr2NiO4+δ及Pr2Ni0.8Cu0.2O4+δ表現(xiàn)出