固体氧化物燃料电池电解质和阴极材料的制备与表征

【摘要】固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型的全固态能量转化装置,具有能量转换率高、环境污染小、燃料的适应性强、造价相对较低等优点。SOFC的发展历史、基本结构、工作原理、关键材料等会在论文第一章进行简介。传统的SOFC工作温度一般在1000℃,如此高温会导致连接、密封材料选择困难和较高成本。降低操作温度,使SOFC能在600℃,甚至以下的温度下运行,会大大减少SOFC的成本,有利于实现SOFC的商业化。但是工作温度的降低,会造成电极活性的降低,产生较高的电极极化阻抗。本论文着重于降低电极极化阻抗,研究了电解质表面微结构对阴极极化影响和复合阳极的电化学性能。1.电解质表面微结构对SOFC阴极极化电阻的影响在固体氧化物燃料电池(SOFC)中,电解质对阴极界面极化电阻(Rc)有着显著影响。第二章以Sm0.2Ce0.8O2-8(SDC)为例,研究电解质表面微结构,即晶粒大小和晶界长度对Rc的影响。通过改变烧结温度和时间,制备出具有不同晶粒尺寸和晶界密度的电解质。以丝网印刷法制备对称电池,电极为典型的SOFC阴极,即锰酸锶镧(LSM)和镧锶钴铁(LSCF)。无论是纯电子导体的LSM还是混合导体LSCF,其Rc都受到电解质微结构的明显影响,并随着晶粒尺寸的减小,晶界密度的增加成降低趋势。此外,对于LSM电极,晶界密度的增加,促进了阴极反应的氧离子传导过程。2.Sr2Fe1.5Mo0.5O6-x(SFM)-Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)复合阳极制备与表征Sr2Fe1.5Mo0.5O6-x(SFM)这种双钙钛矿材料在中高温下具有很多优良性能,包括较高的电导率,足够的催化活性,抗硫性和抗积碳性等。但在中低温,由于SFM的离子电导率很低,使其反应活性很低。在SFM中加入离子导电相,构成复合阳极,可以有效地提高其反应活性,从而提高阳极性能。Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)在中温下具有较好的离子电导,且其本身是很好的催化剂,因此向SFM中加入SDC,可能提高其电化学性能。第三章研究SDC加入SFM,构成复合阳极SFM-SDC并研究其电化学性能。
【作者】宋书祥；
【导师】夏长荣；
【作者基本信息】中国科学技术大学，材料学，2014，硕士
【关键词】固体氧化物燃料电池；电解质微结构；极化阻抗；复合阳极；

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