質(zhì)子導(dǎo)體陶瓷膜燃料電池的制備研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換裝置。該領(lǐng)域的研究趨向是追求操作溫度中溫化，以克服傳統(tǒng)高溫SOFC(操作溫度約1000℃左右)的種種技術(shù)和材料困難，而且進(jìn)一步提高性能和降低制造成本。近十幾年來，從電池構(gòu)型到關(guān)鍵材料和核心制備技術(shù)都取得了快速進(jìn)展，但在其實(shí)現(xiàn)實(shí)用化、商品化的道路上，尚有大量工作要做。迄今，大量研制工作集中在氧離子傳導(dǎo)型的SOFCs方面，對(duì)質(zhì)子傳導(dǎo)型SOFC的研究工作則相當(dāng)薄弱和忽視。由于存在電解質(zhì)和

2、陰極材料之間的兼容性和穩(wěn)定性的問題，探索適合于質(zhì)子陶瓷膜燃料電池(PCMFCs)的陰極材料的發(fā)展仍然存在很大困難。因此，本論文針對(duì)基于質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)，研究和發(fā)展合適的陰極材料，得到了比較好的中低溫性能。 本論文第一章通過對(duì)國內(nèi)外固體氧化物燃料電池研究、發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查和分析，總結(jié)了固體氧化物燃料電池關(guān)鍵材料及構(gòu)型的研究進(jìn)展。圍繞固體氧化物燃料電池中溫化這一發(fā)展趨勢(shì)，提出了以降低材料制備和操作費(fèi)用為目的，進(jìn)行新工藝、新材料的探索和合

3、成的研究路線。論文的第二章使用gel-casting法制備了質(zhì)子導(dǎo)體BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ粉體，將其與傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備的粉體進(jìn)行對(duì)比；第三章發(fā)展了一種立方鈣鈦礦陰極SrCo0.9Sb0.1O3-δ，評(píng)價(jià)了其在電池中的電化學(xué)性能；第四章發(fā)展了一種不含鈷元素的鈣鈦礦陰極材料Ba0.5Sr0.5Zn0.2Fe0.8O3-δ，評(píng)價(jià)了其在質(zhì)子陶瓷膜燃料電池中的電化學(xué)性能。論文所取得的主要成果可歸納如下： 1.gel-c

4、asting法制備BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ 目前，對(duì)于鈰酸鋇基電解質(zhì)的合成，已經(jīng)有多種合成方法，比如檸檬酸法，脈沖激光沉積，甘氨酸法。但是，這些方法由于過程復(fù)雜、高成本而不能應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中。Gel-casting已經(jīng)是多成分氧化物的合成路線，因?yàn)榫酆衔锞W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有利于幾種成分的均勻混合。所以，通過這種簡(jiǎn)單、低成本方法，很容易降低粉體的成相溫度、增強(qiáng)燒結(jié)活性。同時(shí)，在這種方法里，也不會(huì)存在引入其他元素的問題。

5、BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ通過gel-casting法合成，結(jié)果說明gel-casting是一種簡(jiǎn)單，成本低制備具有較高燒結(jié)活性的BZCY7質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)的方法。 2.SrCo0.9Sb0.1O3-δ鈣鈦礦陰極的質(zhì)子陶瓷膜燃料電池 許多鈣鈦礦型混合離子-電子導(dǎo)體如摻雜LaCoO3，BaCoO3和LaFeO3等已經(jīng)被廣泛研究作為可能的陰極材料。最近，Aguadero et al．制備了一種SrCo0.9Sb0

6、.1O3-δ(SCS)鈣鈦礦氧化物，并顯示出了做為SOFC的混合導(dǎo)體陰極的潛力。 3.Ba0.5Sr0.5Zn0.2Fe0.8O3-δ陰極制備和電池性能表征 許多含Co的鈣鈦礦型混合離子-電子導(dǎo)體如Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ，Ba0.5Pr0.5CoO3-δ，La0.5Sr0.5CoO3-δ，La0.6Ba0.4CoO3-δ，Sm0.5Sr0.5CoO3-δ or GdBaCo2O5+x已經(jīng)被研究作

7、為陰極材料，但是大家很少將注意力放在不含Co的陰極上。這些含鈷元素的陰極在實(shí)際長期應(yīng)用中常會(huì)出現(xiàn)一些問題，如在CO2環(huán)境中差的化學(xué)穩(wěn)定性，高熱膨脹系數(shù)(TECs)，易蒸發(fā)和鈷元素的高費(fèi)用。最近，Ba0.5Sr0.5Zn0.2Fe0.8O3-δ(BSZF)鈣鈦礦被Wang等人用來作為一種理想的不含鈷的氧滲透膜，顯示出了很高的滲透能力和在高溫下的良好化學(xué)穩(wěn)定性。Wei等人將BSZF嘗試用作燃料電池的陰極的可能性，并評(píng)估了該材料作為氧離子導(dǎo)體