中溫固體氧化物燃料電池陰極材料GdBaCo2O5+δ的性能研究.pdf

1、中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)的研制是固體氧化物燃料電池商業(yè)化發(fā)展的必然趨勢。由于傳統(tǒng)陰極材料La1-xSrxMnO3(LSM)的性能隨工作溫度的降低而迅速下降,因此,為了IT-SOFC的發(fā)展,開發(fā)在中溫條件下具有優(yōu)良性能的新型陰極材料是非常重要的。鈷酸鹽鈣鈦礦氧化物由于具有較高的電子和離子導(dǎo)電率而被廣泛關(guān)注,成為了一類很有發(fā)展?jié)摿Φ腎T-SOFC陰極材料。利用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備了新型陰極材料GdBaCo2O5+δ(GBCO

2、),通過對其基本物性的研究發(fā)現(xiàn),GBCO具有很高的電導(dǎo)率,在IT-SOFC工作溫度范圍內(nèi)(500-800℃)其值為512-290S/cm,達(dá)到了對IT-SOFC陰極材料的要求。但是GBCO在室溫到900℃間的平均熱膨脹系數(shù)(TEC)為20.1×10-6 K-1,遠(yuǎn)大于電解質(zhì)材料,如摻雜氧化鈰(DCO)的,因此與電解質(zhì)間較差的熱膨脹匹配性是GBCO陰極材料面臨的一個主要問題。對燒結(jié)后的GBCO與Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)混合粉

3、末進(jìn)行的XRD測試結(jié)果表明：GBCO陰極與SDC電解質(zhì)材料間的化學(xué)相容性很好,經(jīng)1100℃燒結(jié)后兩者之間沒有可探測到的固相反應(yīng)發(fā)生。以SDC為電解質(zhì),利用極化曲線和阻抗譜的測量結(jié)果研究了GBCO陰極在500-800℃范圍內(nèi)的電化學(xué)性能以及燒結(jié)溫度對電化學(xué)性能的影響。由經(jīng)不同溫度燒結(jié)過的GBCO陰極的SEM圖可以看出,燒結(jié)溫度對陰極的微觀結(jié)構(gòu)和陰極與電解質(zhì)間的附著情況有一定影響,從而影響到了陰極的電化學(xué)性能。在SDC電解質(zhì)上,GBCO陰極

4、的最佳燒結(jié)溫度是1050℃,經(jīng)此溫度燒結(jié)的GBCO陰極具有良好的電化學(xué)性能,其極化電阻在750℃時是0.15Ω·cm2 ,600℃時是1.11Ω·cm2。為降低GBCO陰極的熱膨脹系數(shù),在陰極中加入了熱膨脹系數(shù)較低的電解質(zhì)材料SDC。通過對GBCO-SDC復(fù)合陰極基本物性和電化學(xué)性能的測試發(fā)現(xiàn),SDC的加入不僅降低了陰極的熱膨脹系數(shù),提高了它與電解質(zhì)間的熱膨脹匹配性,還改善了GBCO陰極的電化學(xué)性能。雖然同時也使得陰極的電導(dǎo)率有所下降,