中温固体氧化物燃料电池阴极材料溶胶凝胶法制备和性能研究

【摘要】固体氧化物燃料电池作为能源转换装置因为具有全固性、不存在电解质腐蚀、工作效率高等优点，成为了新能源的研究热点。中低温化的固体氧化物燃料电池更可以成功避免电解质和电极材料的界面反应等不良影响，从而能有效保证固体氧化物燃料电池的长效性。本文以合成中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极La0.7Sr0.3Fe0.8Co0.2O3(LSFC)粉体为研究对象，探讨了PVA改进的溶胶凝胶法各个工艺条件参数对粉体的影响，获得最优实验条件：当pH=7、PVA与硝酸盐质量比为1：5、柠檬酸与金属离子摩尔比为1.5：1时，可以形成透明澄清形态良好的溶胶，溶胶经12h陈化形成凝胶，凝胶在155℃烘箱中膨化制得LSFC前驱体。LSFC前躯体在900℃煅烧2h后形成粒径分布均匀、晶体结构稳定、具有单一钙钛矿结构的粉体。随后利用PVA改进的溶胶凝胶法分别制备了La0.7Sr0.3-xCaxFe0.8Co0.2O3(LSCFC，x=0.1，0.15，0.2)和La0.7Ba0.15E0.15Fe0.8Co0.2O3(LBEFC，E=Sr，Ca)系列阴极材料。研究发现：LSCFC前驱体经900℃煅烧2h后获得的粉体为稳定单一的钙钛矿结构，阴极材料A、B位双掺杂导致钙钛矿LaFeO3晶胞体积发生膨胀，其中La0.7Sr0.15Ca0.15Fe0.8Co0.2O3的晶胞体积膨胀率为43.3%，并且LSCFC晶胞体积膨胀率随着半径较小的Ca2+掺杂量增加而减小。但LBEFC前驱体经1000℃煅烧2h后获得的粉体才可以形成稳定单一的钙钛矿结构。离子半径较大Ba2+掺杂后，LBEFC的晶胞体积也发生了相应的膨胀。其中LBSFC、LBCFC的晶胞体积膨胀率分别为43.5%和42.7%。在300-800℃范围内，LSCFC和LBEFC系阴极材料的电导率变化符合p型小极化子绝热孔隙理论；低温段(300-480℃)满足小极化子导电机理；高温(480-800℃)时则以氧空位电荷补偿导电机制为主，导电类型也相应由半导体型逐渐向金属型过渡，呈现半导体－金属导电类型转变。Ca2+导致电导活化能增加，所以LSCFC电导率随着Ca2+掺杂量的增加而减小，LBSFC电导率大于LBCFC；Ba2+掺杂有利于提高晶体的氧空位，降低体系的小极化子浓度，所以导致LBEFC的电导率小于LSCFC。此外，还采用溶胶凝胶法制备了Ce0.8M0.2O2-δ(CMO，M=Sm，La，Sr)电解质材料。通过对CMO的XRD图分析发现：CMO形成固溶体的难易程度与掺杂离子半径有密切关系，其难易程度为Ce0.8Sm0.2O2-δ＜Ce0.8La0.2O2-δ＜Ce0.8Sr0.2O2-δ。其中半径最小的Sm3+最容易进入氧化铈晶格，经过800℃煅烧2h就可以形成稳定的萤石结构；经过900℃煅烧La3+也可以完全进入晶格形成稳定的萤石结构；半径较大的Sr2+掺杂时，在800℃煅烧后形成的萤石结构不完全，XRD图有很多低的杂峰，衍射峰较小，但随着煅烧温度提高到850℃，在29.64°处出现一个杂峰，继续提高煅烧温度到900℃，杂峰仍然存在，此杂峰可能为析出的Sr或其氧化物。另外对CLO电解质的电导性能进行了研究，其电导率约为纯CeO2的150倍，在800℃其离子电导率可达到0.049S/cm，电导活化能为84.48kJ/mol。
【作者】曹海龙；
【导师】高文元；
【作者基本信息】大连工业大学，材料加工工程，2010，硕士
【关键词】中温固体氧化物燃料电池；阴极材料；电解质；溶胶凝胶法；电导率；

【参考文献】
[1]滕云.史铁生作品中“行魂”意象研究[D].四川外国语大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[2]李新凤.山西镰刀菌种类鉴定及遗传多样性分析研究[D].山西农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,博士.
[3]高凯,金婕.集成化农产品绿色供应链的运作模式研究[J].品牌(下半月),2015,01:47+49.
[4]杨诗鸿,盛旭军,何小新,吴庆鸣.运用机械模块学促进水利机械的发展[J].中国水利.2003(03)
[5]王高强.应用笔迹特征分析软件对笔迹特征及其与人格关系的研究[D].郑州大学,应用心理学,2013,硕士.
[6]周子元.基于DEA的企业能源效率研究[D].天津理工大学,企业管理,2013,硕士.
[7]王付鑫.高频微束等离子弧焊机控制系统及工艺研究[D].上海工程技术大学,材料加工工程,2010,硕士.
[8]熊中行.基于面向对象技术的电力系统继电保护仿真研究[D].华北电力大学（河北）,电力系统及其自动化,2004,硕士.
[9]张文革,韩京清.一类混沌系统的状态观测与控制[J].控制与决策,2000,03:301-304.
[10]冯冬涵,甘德强,钟金,倪以信.发电商多交易策略的有效前沿分析(一)模型的建立[J].电力系统自动化,2007,13:29-35.
[11]吴志文.论弱势群体的思想政治工作[D].南昌航空大学,思想政治教育,2012,硕士.
[12]刘奋宇.美国仲裁协会建筑业ADR介评[D].厦门大学,法律,2009,硕士.
[13]田蓉.无形资产税收问题研究[D].湘潭大学,法律,2011,硕士.
[14]张华.孟子道德教育思想及其现代价值研究[D].西北师范大学,思想政治教育,2013,硕士.
[15]赖炯丞.震裂岩体隧道施工期地震动力响应特征与稳定性研究[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[16]刘忠学.重钢5~#高炉计算机通讯网络[J].冶金自动化,1992,01:28-30+27-63.
[17]杨立慧.国民政府时期边疆教育思想研究[D].山东大学,中国近现代史,2013,硕士.
[18]黄晓霞.螺杆马达（PDM）流—固耦合动态仿真[D].华中科技大学,固体力学,2013,硕士.
[19]葛红兵.东方电气集团构建核心竞争力的策略研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[20]韩凯.基于SD的船舶敏捷制造项目进度管理研究[D].江苏科技大学,工业工程（专业学位）,2013,硕士.
[21]李天石.构建网络游戏的数据仓库系统[D].复旦大学,软件工程,2012,硕士.
[22]杨百政.质量问题归零之探讨[J].质量与可靠性.2003(04)
[23]王伟,杨建军,吕博.基于观测器的鲁棒模型预测控制算法[J].控制与决策,2001,05:557-560+564.
[24]高大海.交联有机硅氧烷杂化材料的制备及其涂层应用[D].北京化工大学,材料科学与工程,2012,博士.
[25]魏一.构建城市视频监控系统的几个问题[J].中国公共安全(综合版).2006(08)
[26]杨迎国.有机太阳能电池的同步辐射XRD表征及其性能研究[D].中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）,生物工程,2014,硕士.
[27]周逢朝.基于小波分析的数字图像水印技术研究[D].合肥工业大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[28]顾峰雪,于贵瑞,温学发,陶波,李克让,刘允芬.干旱对亚热带人工针叶林碳交换的影响[J].植物生态学报,2008,05:1041-1051.
[29]王琛琛,李永东.多电平变换器拓扑关系及新型拓扑[J].电工技术学报,2011,01:92-99.
[30]袁鹏.异丁烯叠合制备二异丁烯的研究[D].华东理工大学,化学工艺,2014,硕士.
[31]张浩.H_2在Fe_3O_4（Ⅲ）表面的吸附与解离[D].西南大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[32]温兆奇.无线路灯监控终端的设计与实现[D].杭州电子科技大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[33]汪洋.三峡库区主要支流野生鱼体中多溴联苯醚的初步研究[D].上海大学,化学工艺,2013,硕士.
[34]周慧娟.CNT@TiO_2纳米电缆复合材料的制备及其电化学性能研究[D].新疆大学,化学,2013,硕士.
[35]凌锋.基于多项式混沌方法的汽车悬架系统不确定性研究[D].华中科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[36]华蕾.海浪波谱仪海浪谱反演研究[D].华中科技大学,电磁场与微波技术,2013,硕士.
[37]黄舒婷,卞靓玲.基于电场耦合的无线充电装置[J].物联网技术,2014,08:54-55.
[38]唐沙.尾式卟啉—氧化石墨烯非共价复合物的制备及其性质研究[D].湖南科技大学,2014.
[39]金莉.广东生态型城市化发展战略研究[D].中共广东省委党校,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[40]毛小林.岩石圈有效弹性厚度及其各向异性的计算和构造意义[D].南京大学,固体地球物理学（专业学位）,2013,硕士.
[41]冯阳.我国刑法禁止令问题研究[D].贵州民族大学,刑法学,2013,硕士.
[42]肖民.不同需求信息模式下的订货行为研究[D].清华大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[43]马红燕.伊利畜牧公司土默川牧场利用脱硫石膏改良碱化土壤效果研究[D].内蒙古农业大学,土壤学,2013,硕士.
[44]郑宝寿.组蛋白甲基化转移酶EZH2、NSD2在前列腺癌中的表达及意义[D].大理学院,外科学,2013,硕士.
[45]曹威.基于Kaiman滤波的球杆系统模糊控制算法研究[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[46]刘越洋.自卫颗粒抗胃粘膜损伤作用的研究[D].浙江中医学院,中医内科学,2003,硕士.
[47]陈春娴.关于《日常心理学》翻译的实践报告[D].广西师范大学,翻译,2013,硕士.
[48]刘莎,吴锋民,滕波涛.曲率对Rh在锯齿型单壁碳纳米管内外吸附影响的研究[J].原子与分子物理学报,2011,03:570-576.
[49]何文.建设工程项目招投标体系优化研究[D].武汉理工大学,土木工程建造与管理,2012,硕士.
[50]包双喜.李志常与《长春真人西游记》[D].内蒙古师范大学,历史文献学,2012,硕士.