鈣鈦礦型LSCN中溫SOFC陰極材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化.pdf

1、固體物氧化物燃料電池(SOFC)是一種節(jié)能、高效且環(huán)境友好的能源裝置,在能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻的現(xiàn)代社會(huì)具有廣泛的應(yīng)用前景。要促進(jìn)固體氧化燃料電池的商業(yè)化,就必須把傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池的運(yùn)行溫度降低到中溫(600～800℃)甚至以下。電池工作溫度的降低可以降低電池整體設(shè)備的成本,增加電池材料的選擇范圍,增加電池的整體穩(wěn)定性。然而,隨著溫度的下降,電解質(zhì)和電極材料都面臨了很多挑戰(zhàn),其中陰極的催化活性的下降成為限制電池功率密度增加的一個(gè)主要因

2、素。針對(duì)這一情況,本文探索了鈣鈦礦型La1-xSrxCo1-yNiyO3(LSCN)材料作為中溫SOFC陰極材料的可能性,并使用浸漬法對(duì)電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造,進(jìn)行電極性能的優(yōu)化。
　　本文采用聚合物輔助燃燒法制備了不同化學(xué)計(jì)量比的鈣鈦礦型LSCN粉體,并對(duì)不同計(jì)量比的材料性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,La0.8Sr0.2Co0.8Ni0.2O3中溫條件下性能最佳,在800℃時(shí)的電導(dǎo)率為1201 s/cm,TEC值為15.3×10-6K-

3、1,這一結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)的LSCF和LSM鈣鈦礦材料。
　　浸漬法可以向電極中引入納米顆粒微觀結(jié)構(gòu)明顯提升電極性能,成為近年來(lái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種熱門方法。本文采用浸漬法(溶液注入法)制備了La0.8Sr0.2Co0.8Ni0.2O3+Gd摻雜CeO2(LSCN+GDC)電極并將其化學(xué)性能與絲網(wǎng)印刷法制備的La0.8Sr0.2Co0.8Ni0.2O3的電極進(jìn)行了比較。絲網(wǎng)印刷法制備的LSCN電極極化阻抗在750?C下為0.14Ωcm2,導(dǎo)電

4、活化能值為148.6KJ/mol。而對(duì)于溶液注入法制備的復(fù)合電極而言,當(dāng)溶液注入量達(dá)到或超過(guò)35wt％時(shí)電極性能就已經(jīng)超過(guò)了傳統(tǒng)方法制備的陰極。最佳的LSCN注入量在45?55wt％之間,此時(shí)的活化能最低,僅為127.3 KJ/mol。當(dāng)注入量為55wt％時(shí),600到750℃時(shí)電極的阻抗值范圍在1.07到0.08Ωcm2之間,僅僅為絲網(wǎng)印刷法制備電極的一半。
　　對(duì)絲網(wǎng)印刷制備的LSCN電極和浸漬法制備的LSCN+GDC電極在75

5、0℃進(jìn)行電流極化作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn),注入量為55wt％的LSCN+GDC復(fù)合陰極短時(shí)極化后就開始衰減。LSCN+GDC復(fù)合陰極在熱作用300小時(shí)后可以觀察到明顯LSCN顆粒的燒結(jié)長(zhǎng)大。電流作用100小時(shí)后即可觀察到明顯的燒結(jié)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)狀連接,電極阻抗也增大到了0.17Ωcm2。采用等效電路模擬極化條件下的電極過(guò)程后發(fā)現(xiàn),電極反應(yīng)過(guò)程中的傳質(zhì)過(guò)程受到微觀結(jié)構(gòu)改變的影響較大,成為電池性能下降的主要因素。由此觀之,浸漬法制備的LSCN+GDC復(fù)合