中溫固體氧化物燃料電池材料的性質(zhì)與性能探究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)能夠經(jīng)電化學(xué)途徑直接將燃料的化學(xué)能高效環(huán)保地轉(zhuǎn)化為電能。其較高的工作溫度(800℃以上)雖能帶來許多優(yōu)勢,但又會引發(fā)諸多問題。因此在400-800℃的中低溫工作成為了其主要發(fā)展趨勢。對電池材料結(jié)構(gòu)及制備工藝進(jìn)行優(yōu)化開發(fā),實現(xiàn)非氫燃料的直接利用,則成為了中溫SOFC發(fā)展應(yīng)用的關(guān)鍵。本文對此從多個角度做出探索與嘗試,取得以下進(jìn)展:
  (1)第二章制備的Sr2Fe1.5Mo0.5O6(SFM)鈣鈦礦材料,

2、作為中溫SOFC陽極表現(xiàn)出良好的活化醇類燃料的性能和抗積碳能力。SFM材料采用檸檬酸-EDTA溶膠凝膠法制備,在氧化和還原氣氛中均能穩(wěn)定存在。通過絲網(wǎng)印刷法制備的電解質(zhì)支撐SFM|La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3|Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3全鈣鈦礦單電池片,在使用甲醇和乙醇作為燃料進(jìn)行放電測試時,可以分別獲得800℃時431和340mW cm-2的輸出性能,并且在SFM陽極上并沒有觀察到有積碳生成。

3、r>  (2)第三章采用SFM與Ce0.8Sm0.2O2-Na2CO3的復(fù)合材料成功制備了新型的單部件燃料電池(SLFC),揭示其離子電子混合電導(dǎo)的比例與電池性能間的關(guān)系。復(fù)合材料中SFM的含量對SLFC電池影響性能顯著,含30wt.%SFM的SLFC可以在750℃獲得1.05V的開路電壓和360mW cm-2的最高功率輸出,與常規(guī)的三部件電池相匹及。通過對SLFC開路電壓影響因素的討論,進(jìn)一步揭示了SLFC中離子電子電導(dǎo)比例與其電池性

4、能間的關(guān)系。
  (3)第四章考察了LiNi0.5Mn1.5O4(LNM)尖晶石作為中溫SOFC陰極的材料性質(zhì)和電極性能,闡述了電化學(xué)性能與其快速的吸放氧能力間的關(guān)系。LNM材料顯示出了良好的熱穩(wěn)定性和與YSZ電解質(zhì)的兼容性。在800℃的空氣中材料電導(dǎo)約為5S cm-1。材料中高含量的Mn4+使LNM有著更好的化學(xué)及電化學(xué)催化活性。使得LNM陰極在700℃以上表現(xiàn)出比傳統(tǒng)La0.8Sr0.2MnO3更好的電極性能,以及熱重分析表現(xiàn)

5、出的更強(qiáng)的吸放氧能力。
 ?。?)第五章提出了一種新型的四電極交流阻抗測試法用于考察中溫SOFC電解質(zhì),并測量分析了常規(guī)的Gd0.1Ce0.9O2(GDC)材料在四電極及兩電極連接方法下的交流阻抗及直流電阻。測試結(jié)果、交流阻抗擬合及電阻來源驗證實驗表明,四電極交流阻抗法可以獲得樣品阻抗并排除電極上界面過程的影響,因此可以更好地理解材料中的界面過程。此方法還可以進(jìn)一步被用來考察更加復(fù)雜的摻雜氧化鈰-碳酸鹽復(fù)合電解質(zhì)系統(tǒng),相關(guān)工作整理

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