中溫H2S固體氧化物燃料電池陽極和電解質(zhì)的制備及性能研究.pdf

1、針對固體氧化物燃料電池(SOFC)在高溫及抗H2S方面的局限性，本文以中溫H2SSOFC電解質(zhì)和陽極材料為研究對象，采用多種現(xiàn)代分析方法系統(tǒng)研究了其基本性能，并篩選出合適的材料，探討了將其組裝成單電池的電催化性能。
　　 采用溶膠凝膠法制備了電解質(zhì)Ce085Ca0.15-xSrxO2-δ(x=0，0.03，0.06)和Ce1-xSmxO2-δ(x=0.1，0.2，0.3)。運(yùn)用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和電導(dǎo)率測試

2、對電解質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)性能進(jìn)行表征。結(jié)果顯示摻雜的CeO2基材料具有與CeO2相同的立方螢石結(jié)構(gòu)。對于Ca、Sr雙摻雜的電解質(zhì)，Sr的摻雜比為0.3時電導(dǎo)率最大;對于Sm單摻雜的電解質(zhì)，500℃以下Ce0.9Sm0.1O2-δ的電導(dǎo)率最大，500℃以上Ce0.8Sm0.2O2-δ的電導(dǎo)率最大。由于單摻雜Sm的電導(dǎo)率較大，且電池測試溫度在500℃以上，因此選擇Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)作為組裝單電池的電解質(zhì)材料。

3、　　 采用檸檬酸燃燒法制備了不同摻雜量的Sm0.9Sr0.1Cr1-xFexO3-δ(x=0.2，0.5，0.8)。通過XRD、SEM和電導(dǎo)率等測試手段對陽極材料的基本性能進(jìn)行表征。煅燒后得到的材料均具有典型的鈣鈦礦晶型，與電解質(zhì)SDC化學(xué)相容性較好。材料的電導(dǎo)率隨溫度升高而增大;相同溫度下，電導(dǎo)率隨Fe含量的增加而增大。耐硫性隨Fe含量的增加而降低。經(jīng)綜合分析Sm0.9Sr0.1Cr05Fe0.5O3-δ(SSCF)可作為中溫H2S

4、SOFC的陽極材料。
　　 采用檸檬酸燃燒法制備了不同摻雜量的Y0.9Sr0.1Cr1-xFexO3-δ(x=0.1，0.3，0.5)。利用XRD、SEM和X射線光電子能譜(XPS)等測試手段研究了其在還原氣氛下的穩(wěn)定性。結(jié)果表明經(jīng)還原處理后僅Y0.9Sr0.1Cr0.9Fe0.1O3-δ(YSCF)能捕捉空氣中的氧維持品格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，且經(jīng)硫化氫處理后仍能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。因此該材料適合作為中溫H2S SOFC的陽極材料。
　

5、　 以SSCF-SDC和YSCF-SDC分別作為陽極催化劑，SDC作為電解質(zhì)，Ag作為陰極，組裝成電解質(zhì)支撐型的SOFC單電池SSCF-SDC/SDC/Ag和YSCF-SDC/SDC/Ag，在20ppmH2S、10％H2(平衡氣為N2)氣氛下測試其性能。600℃時電池SSCF-SDC/SDC/Ag的最大電流密度和最大功率密度分別為100.5mA·cm-2和34.04mW·cm-2;電池YSCF-SDC/SDC/Ag的最大功率密度為90