YSZ修饰的花瓣状NiO粉体的制备与其电性能表征

【摘要】目前固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)的研究重点是使其工作温度降低至650~800℃，即中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)。然而，随着工作温度的降低，研究在中温工作条件下阳极材料和微观结构特别是纳米微结构阳极就显得尤为重要。本实验采用均匀沉淀法制备出了具有花瓣状结构的NiO粉末，在煅烧温度为300℃、400℃和600℃时，花瓣状NiO粉末的晶相逐渐长大且花片随着温度的升高也不断长大、饱满。然而，当煅烧温度再次升高，粉体物相和晶体结构并不发生变化，但粉体的花瓣状结构逐渐变小，到900℃时，由于花瓣状NiO粉体具有较大的比表面积，花片中存在大小不一的孔洞，导致花瓣状结构坍塌，甚至出现严重的团聚现象。为此，本文进一步提出采用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)对花瓣状的NiO粉体进行修饰。并通过对比采用不同溶剂(蒸馏水和无水乙醇)制备的YSZ修饰花瓣状NiO粉末的形貌的影响。通过XRD、SEM、EDS、TEM等分析手段对粉体的物相，微观形貌，晶粒大小等进行表征，得出采用蒸馏水为溶剂时，YSZ纳米颗粒修饰到花瓣状NiO粉体上的数量比溶剂为无水乙醇的要多，进而在800℃~900℃时，溶剂为蒸馏水的花瓣状NiO-YSZ保持住了其特殊花状形貌，而溶剂为无水乙醇的花瓣状NiO-YSZ，花状形貌变小甚至坍塌。实验进一步对采用商业NiO粉体和不同溶剂制备的YSZ修饰花瓣状NiO粉体制备阳极的电解质支撑型单电池进行电化学性能测试。结果显示：溶剂为蒸馏水时制备的花瓣状NiO-YSZ粉末的阳极的单电池在750℃、800℃和850℃下的最大功率密度分别为0.094W/cm2、0.151W/cm2和0.376W/cm2；极化阻抗RE分别为2.496·cm2、1.589·cm2、0.814·cm2。溶剂为无水乙醇时制备的YSZ修饰花瓣状NiO粉末制备的阳极的单电池在750℃、800℃和850℃下的最大功率分别为0.036W/cm2、0.127W/cm2、0.350W/cm2；其相对应的极化阻抗RE分别为2.943·cm2、1.917·cm2、1.082·cm2。而采用商业NiO制备的阳极的单电池在操作温度为在750℃、800℃和850℃下的最大功率密度分别为0.024W/cm2、0.072W/cm2和0.149W/cm2，且相对应的电极极化阻抗RE分别为4.265·cm2、2.306·cm2和1.688·cm2。
【作者】曹倩；
【导师】罗凌虹；陈华龙；
【作者基本信息】景德镇陶瓷学院，材料学，2014，硕士
【关键词】固体氧化物燃料电池；阳极材料；离子浸渍法；花瓣状NiO-YSZ；

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