固體氧化物燃料電池雙鈣鈦礦陽極材料研究.pdf

1、本文采用溶膠凝膠法合成了雙鈣鈦礦型Ba2MMoO6(M=Fe,Co,Mn,Ni)和A2FeMoO6(A=Ba,Sr,Ca)陽極材料,并全面系統(tǒng)地研究了材料的電化學(xué)性能。利用XRD對材料物相進(jìn)行了分析,并對材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)精修;采用四探針法測試了陽極材料的電子電導(dǎo)率;在H2氣氛中測試了材料的熱膨脹系數(shù),并在5％H2/Ar氣氛中測試了材料的熱重曲線;用碘量法確定Ba2MMoO6(M=Fe,Co,Mn,Ni)材料中過渡金屬M(fèi)離子的平均價(jià)態(tài),由此分

2、析晶體中氧空位的形成。采用300μm厚的La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3-δ(LSGM)片做支撐電解質(zhì),通過絲網(wǎng)印刷法制備了電解質(zhì)支撐型單電池,使用H2做燃料,通過Arbin燃料電池測試儀測試電池的I-V和I-P曲線,并通過電化學(xué)工作站測試單電池的陽極過電位及阻抗譜。
　　在Ba2MMoO6(M=Fe,Co,Mn,Ni)材料中,Ba2FeMoO6表現(xiàn)出最好的性能,在850℃時(shí),在H2中電導(dǎo)率達(dá)到196 S cm-1

3、,功率密度達(dá)到605 mW cm-2。四種陽極材料Ba2MMoO6的平均熱膨脹系數(shù)都分布在(10-18)×10-6 K-1范圍內(nèi),與La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3-δ電解質(zhì)的熱膨脹系數(shù)匹配良好。熱重曲線的結(jié)果清晰地表明了Ba2MMoO6在還原氣氛中會(huì)不斷的生成氧空位。對于 Ba2MMoO6陽極材料,功率密度由大到小的順序?yàn)?M=Fe﹥M=Co﹥M=Mn﹥M=Ni;過電位由小到大順序?yàn)?M=Fe﹤M=Co﹤M=Mn﹤M=

4、Ni;極化阻抗由小到大順序?yàn)?M=Co﹤M=Fe﹤M=Mn﹤M=Ni。體系的性能主要受材料的電導(dǎo)率和氧空位影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ba2MMoO6(M=Fe,Co,Mn,Ni)材料是很有潛質(zhì)的陽極替代材料。
　　在A2FeMoO6(A=Ba,Sr,Ca)體系中,三種材料在H2中都表現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率,Ba2FeMoO6(BFMO)、Sr2FeMoO6(SFMO)和Ca2FeMoO6(CFMO)的最高電導(dǎo)率分別可達(dá)到243,302和561