摻雜氧化鈰基中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的制備與表征.pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文摻雜氧化鈰基中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的制備與表征姓名：田瑞芬申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：夏長榮20091101摘要(3)采用共壓共燒技術(shù)制備了以上述SDC粉體為電解質(zhì)、LSM為陰極、NiO／SDC為陽極支撐體的單電池，并在500600oC溫度范圍內(nèi)以濕H2為燃料，測試了電池性能，在600oC時電池最大輸出功率密度達至1J203mWcm一；(4)借助ZSimpWin軟件，結(jié)合磚層模型，將阻抗

2、譜中測得的450oC以下的晶粒電阻和晶界電阻從總電阻中解析出來，并分別研究了總電阻、晶界電阻和晶粒電阻隨燒結(jié)溫度的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：GNP法制備的SDC20電解質(zhì)的總電導(dǎo)率和電導(dǎo)活化能處在目前不同方法制備的SDC粉體的較高水平；燒結(jié)溫度會影響總電導(dǎo)率，在燒結(jié)溫度為1300oC時得到的樣品具有最高電導(dǎo)率；較高的總電導(dǎo)率可能是因為樣品具有較小的晶界電阻；晶粒的電導(dǎo)遷移焓也隨著燒結(jié)溫度的升高而增加，這可能也是由高溫燒結(jié)下Ce4被還原而導(dǎo)

3、致的。第三章中首次制備并研究Ca2、Gd”共摻雜的氧化鈰體系，考察了不同摻雜濃度下共摻雜效應(yīng)對樣品的燒結(jié)性能、電導(dǎo)率、活化能的影響，為今后進一步研究該體系，研發(fā)具有高燒結(jié)活性和電導(dǎo)率的新型共摻雜的氧化鈰基電解質(zhì)提出一條新的思路，同時也為研究其它共摻雜體系的研究提供一定參考。主要結(jié)果如下：(1)對于甘氨酸法制備的Gd單獨摻雜的氧化鈰，其電導(dǎo)率最高值出現(xiàn)在Gd摻雜量為015時，600oC時電導(dǎo)率為00138Scm一，略低于同樣方法制備的Sm

4、o2Ceo8019材料，但仍可以滿足中低溫SOFC電解質(zhì)材料的要求。(2)對于Gd。Cao15xCeo850185o5x材料，少量的Ca與Gd共摻雜可以提高粉體的燒結(jié)性能，并且在一定程度上可以提高電導(dǎo)率，過多的Ca離子摻入則會使氧空位濃度太高，締合效應(yīng)顯著增加，rli角Z質(zhì)導(dǎo)電能力下降。第四章中，通過陰極、陽極同時浸漬的方法對第二章制備的單電池的電極部分進行修飾，發(fā)現(xiàn)通過陽極的修飾作用明顯提高了單電池性能，對LSM陰極的進一步修飾制備出

5、的單電池在600oC功率密度達到463mWcm～，與采用SSC等Co基陰極的單電池性能相當，成功地將LSM材料應(yīng)用于中溫SOFC的陰極。為了迸一步研究納米SDC對電極的影響，考察了惰性Au電極表面引入納米SDC之后電極電阻的變化。發(fā)現(xiàn)SDC的修飾可以降低電解質(zhì)與電極的界面電阻和電極的極化電阻，納米SDC顆粒通過對電極和電解質(zhì)界面微結(jié)構(gòu)的修飾有效改善了電極性能；同時，由于SDC中的Ce離子具有3和4兩種價態(tài)引起電極表面氧溢流效應(yīng)，有利于電