IT-SOFC陰極材料LSCCF的制備與性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)被稱作21世紀(jì)新的清潔、綠色能源。但傳統(tǒng)的以YSZ為電解質(zhì)的SOFC必須在1000℃左右的溫度下工作，由此產(chǎn)生了大量的問(wèn)題，因此，降低燃料電池的操作溫度，發(fā)展中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)成為SOFC研究與開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。 用以催化和傳輸氧的陰極材料是IT-SOFC中的一個(gè)重要組件，它的結(jié)構(gòu)、性能及反應(yīng)機(jī)制將影響氧離子輸運(yùn)以及整個(gè)電池系統(tǒng)的性能。本文以La1-xSrxCo1-yFeyO3

2、-δ(LSCF)材料為基礎(chǔ)，進(jìn)一步完成堿土金屬離子Sr2+、Ca2+雙摻雜，采用濕化學(xué)法合成了La0.7Sr0.15Ca0.15Co1-yeyO3-δ(LSCF)系陰極材料，以期在不影響材料熱膨脹性條件下改善其電性能，更好地滿足IT-SOFC對(duì)陰極材料性能的要求。此外，本文還以混合稀土氧化物取代價(jià)格昂貴的純氧化鑭原料，利用先進(jìn)的微波燒結(jié)法合成了Ln0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ系陰極材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)及電性能進(jìn)行了

3、初步研究，對(duì)降低陰極材料工業(yè)化生產(chǎn)的成本進(jìn)行了有益的探索。 實(shí)驗(yàn)得出：濕化學(xué)法合成的LSCCF系陰極材料經(jīng)800℃熱處理3h后形成完整的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，此時(shí)共同摻雜的堿土金屬離子Ca2+、Sr2+和過(guò)渡金屬離子Fe3+進(jìn)入LaCoO3晶格形成固溶體；在室溫到800℃內(nèi)，LSCCF系陰極材料的電導(dǎo)率變化符合p型小極化子絕熱孔隙理論；即在低溫段電導(dǎo)率的Arrhenius曲線近似為直線，滿足小極化子導(dǎo)電機(jī)理，而高溫段則以氧空位電荷補(bǔ)償導(dǎo)電

4、機(jī)制為主，致使直線偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)電類型也相應(yīng)由半導(dǎo)體型逐漸向金屬型轉(zhuǎn)變；電導(dǎo)率隨著Fe3+含量的增加而降低，但在500～800℃內(nèi)LSCCF的電導(dǎo)率均大于100S/cm；同時(shí)它與新型中溫電解質(zhì)Ce0.8Sm0.2O2的熱膨脹系數(shù)變化行為一致，大小十分接近，表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。 1200℃微波燒結(jié)30min合成的混合稀土Ln0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ系陰極材料，其體系并非單一鈣鈦礦相，而是CeO2立方螢石相與