Pr2CuO4納米復(fù)合纖維的制備及高溫電化學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、離子-電子混合導(dǎo)電(MIECs)材料在中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFCs)的發(fā)展中起著重要的作用。A2BO4型MIECs陰極材料由于具有較高的電導(dǎo)率，氧表面交換系數(shù)（K*）和氧擴散系數(shù)（D*）以及與電解質(zhì)有較好的熱匹配性等優(yōu)點，一直是人們關(guān)注的熱點。B位元素為Cu的Ln2CuO4(La2CuO4除外)的結(jié)構(gòu)可看作Cu-O平面與螢石結(jié)構(gòu)的Ln-O層沿c軸方向交疊而成，氧離子沿著螢石結(jié)構(gòu)的稀土氧化物層具有較高的傳導(dǎo)能力。對這類材料進行

2、適當(dāng)?shù)膿诫s，可以實現(xiàn)高效的氧離子-電子混合導(dǎo)電性能。
　　本論文利用靜電紡絲法合成Pr2CuO4納米纖維，并用TG-DTA，XRD，IR，SEM等測試手段對材料的物相及微觀形貌進行表征。研究表明納米纖維是由大小為400-500 nm的氧化物納米粒子組成，測試電池的陰極厚度為24μm，孔隙度為71.3％。電化學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果表明，Pr2CuO4納米纖維電極的最佳燒結(jié)溫度為900℃，最小的陰極極化電阻為0.38Ω cm2，較Pr2CuO

3、4粉體的極化電阻減小了32％。極化測試的結(jié)果顯示，過電位為33 mV的陰極電流密度達(dá)到105 mA cm-2。不同氧分壓下的交流阻抗譜測試結(jié)果表明，陰極反應(yīng)的主要速率控制步驟為電荷遷移過程，結(jié)合交流阻抗和氧分壓測試結(jié)果可知，改變電極的微觀形貌能有效的改善陰極的電化學(xué)性質(zhì)，但是不影響陰極氧還原反應(yīng)機理。
　　為了進一步改善納米纖維的電化學(xué)性質(zhì)，采用靜電紡絲法制備了納米Ag或者CGO復(fù)合的Pr2CuO4-Ag(PCO-Ag)和Pr2C

4、uO4-CGO(PCO-CGO)。結(jié)果表明，復(fù)合5％Ag的陰極極化電阻為0.22Ω cm2，較未復(fù)合纖維極化電阻減小了42％，這是由于復(fù)合Ag提高了電極的電子傳導(dǎo)能力，加快了電荷遷移的速度;而CGO復(fù)合量為10％的電極極化電阻降低到0.14Ω cm2，比未復(fù)合陰極降低了60％，有效的改善了陰極的電化學(xué)性質(zhì)。
　　采用甘氨酸鹽法合成了Pr2-xCuO4(x=0-0.4)粉體材料，研究了鐠離子缺位對于陰極電化學(xué)性質(zhì)的影響。Pr缺位增加

5、了材料的氧空位濃度，提高了材料的電化學(xué)性能。在700℃的測試條件下，Pr1.8CuO4的極化電阻為0.25Ω cm2，比整比材料PCO減小了55％。采用靜電紡絲法合成了納米纖維陰極Pr1.8CuO4，700℃空氣氣氛中的極化電阻為0.19Ω cm2，比同一組成的粉體電極極化電阻(0.25Ω cm2)減少了24％。氧分壓測試結(jié)果表明兩者的電極反應(yīng)速率控制步驟均為電荷轉(zhuǎn)移過程。因此電極微觀形貌的改變能提高其電化學(xué)性能，但是未改變陰極上的氧還