er0.4bi1.6o3sm0.2ce0.8o1.9雙層電解質(zhì)中溫固體氧化物燃料電池的制備及性能研究

1、 碩士學(xué)位論文 碩士學(xué)位論文 論文題目 論文題目：Er0.4Bi1.6O3/Sm0.2Ce0.8O1.9雙層電解質(zhì)中溫 固體氧化物燃料電池的制備及性能研究 英文題目 英文題目：Preparation and electrochemical performance of intermediate temperature solid oxide fuel cells with Er0.4Bi1.6O3/Sm0.2Ce0.8O1.9

2、bilayer electrolyte 學(xué) 位 類 學(xué) 位 類 別： 工程碩士 研 究 生 姓 研 究 生 姓 名： 王凱 學(xué)號(hào) 學(xué)號(hào)： 201102313 學(xué)科 學(xué)科(領(lǐng)域 領(lǐng)域)名稱 名稱： 指 導(dǎo) 教 指 導(dǎo) 教 師： 宋希文 職稱 職稱： 教授 協(xié)助指導(dǎo)教 協(xié)助指導(dǎo)教師： 師： 周芬

3、 職稱： 職稱： 副教授 2012 年 6 月 7 日 分類號(hào)： 分類號(hào)： TM911.4 TM911.4 密 級(jí)： 級(jí)： 公 開 U D C ： 學(xué)校代碼： 學(xué)校代碼： 10127 10127 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 I 摘 要 固體氧化物燃料電池(SOFCs)是一種清潔高效的能源轉(zhuǎn)化裝置，通過(guò)電化學(xué)的方法將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。降低操作溫度是 SOFCs 的發(fā)展趨勢(shì)之一，可以使

4、用中低溫下具有較高電導(dǎo)率的電解質(zhì)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 YSZ 電解質(zhì)。然而這些電解質(zhì)如 SDC、ESB 的穩(wěn)定性較差，如何提高其使用的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。 本論文采用溶膠凝膠法制備了 SDC 電解質(zhì)粉體，反向滴定共沉淀法制備了ESB 電解質(zhì)粉體。采用干壓法制備 SDC 固體電解質(zhì)片、NiO-SDC/SDC 半電池，旋轉(zhuǎn)涂布法制備 ESB 電解質(zhì)層，絲網(wǎng)印刷法制備不同比例復(fù)合的 Ag-ESB陰極對(duì)稱電池。通過(guò) TG-DTA 測(cè)試 ESB 前

5、驅(qū)粉體的處理溫度，利用 XRD 對(duì)粉體物相進(jìn)行了分析，交流阻抗技術(shù)測(cè)定對(duì)稱電池的極化電阻，I-V 法研究電池的開路電壓和輸出性能，掃描電鏡對(duì)電池的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。 ESB 前驅(qū)粉體的 TG-DTA 分析測(cè)試可知 ESB 前驅(qū)粉體在 500℃處理即可成相，大大降低了粉體的處理溫度和時(shí)間。XRD 分析所制備的粉體均已形成所需的相，并無(wú)其它雜相。對(duì)稱電極的交流阻抗測(cè)試表明 ESB 粉體與 Ag2O2 的質(zhì)量比為 5:5 時(shí)界面極化電阻最小

6、。SEM 測(cè)試表明旋轉(zhuǎn)涂布法制備的 ESB 電解質(zhì)層致密性良好，與 SDC 電解質(zhì)具有較好的熱力學(xué)匹配性。電池性能測(cè)試表明 ESB電解質(zhì)的引入有效阻隔了鈰基電解質(zhì)在還原氣氛下產(chǎn)生的電子電導(dǎo)，提高了開路電壓，同時(shí) Ag-ESB 復(fù)合陰極的使用有效降低了陰極與電解質(zhì)界面的極化電阻，二者的綜合效應(yīng)提高了電池的輸出功率密度。不同厚度的 ESB/SDC 雙層電解質(zhì)電池的測(cè)試結(jié)果表明，開路電壓(OCV)隨著 SDC 電解質(zhì)層厚度的增加而增加。SDC

7、 厚度為 40?m 時(shí)雙層電解質(zhì)電池(40SDC16ESB)的 OCV 最大，500℃時(shí)達(dá)到了 0.95V。值得注意的是，電解質(zhì)厚度的增加導(dǎo)致歐姆極化損失的增大，從而降低了電池的輸出性能，盡管電池 40SDC16ESB 具有最高的開路電壓，最大輸出功率密度(MPD)卻在 SDC 電解質(zhì)厚度為 32?m 時(shí)取得，650℃達(dá)到680mW/cm2。ESB/SDC 電解質(zhì)層的相對(duì)厚度仍需優(yōu)化，從而得到更好的電池性能。 本論文嘗試用原位復(fù)合的方法