尖晶石结构和层状结构的材料作为中低温SOFCs阴极性能的研究

【摘要】固体氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell,SOFCs）是一种能够直接将化学能转变为电能的新型绿色发电装置，具有能源转化效率高、对环境较低的污染以及使用燃料的灵活性等显著优点而受到了相关国家研究者的高度关注与重视。其中阴极材料作为燃料电池的组成部分，对燃料电池的电化学性能有着重要影响，普遍研究通过优化电极材料来达到降低燃料电池的操作温度以提高电池性能和降低实际应用成本。本文运用EDTA-柠檬酸联合络合法制备尖晶石氧化物材料Mn1.5Co1.5O4、LiNi0.5Mn1.5O4和层状结构氧化物材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ，Mn1.5Co1.5O4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ材料具有较高的电导率、良好的热力和结构稳定性以及与电解质良好的热化学匹配性。采用X射线粉末衍射（XRD）技术（分析条件为CuKα光源（λ=1.5418），管电压、电流分别为40Kv/mA）对合成粉末材料分别进行晶体结构分析。采用（JFC-1600，JEOL，Japan）扫描电子显微镜分析Mn1.5Co1.5O4、LiNi0.5Mn1.5O4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ粉末材料的晶粒形貌以及几种粉体材料制备的复合阴极组装的阳极-电解质-阴极三合一单电池截面的形貌以及致密性。以氢气（3%H2O）、氧气作为燃料气和氧化气组成的单电池气体供应系统为测试条件测试燃料电池的电流电压以及电池的功率密度。分别测试研究了SDC+LiNi0.5Mn1.5O4、SDC+Mn1.5Co1.5O4作为复合阴极材料SDC作为电解质的阳极支撑的平板型单电池NiO-SDC/SDC/SDC-LiNi0.5Mn1.5O4、NiO-SDC/SDC/SDC-Mn1.5Co1.5O4以及复合材料SDC+LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ作为阴极SDC作为电解质制备的阳极支撑的平板型单电池NiO-SDC/SDC/SDC-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ的电化学性能。测试结果如下：XRD谱图中Mn1.5Co1.5O4材料是立方尖晶石结构MnCo2O4和正方尖晶石结构Mn2CoO4混合型材料，衍射峰显示没有其它杂峰出现，是纯的Mn1.5Co1.5O4混合尖晶石结构材料，LiNi0.5Mn1.5O4为面心立方尖晶石结构材料，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ样品材料衍射峰显示了典型的层状结构，而且特征峰尖锐结晶度高晶型完整，在850℃下烧结形成单一的层状岩盐结构。电池性能测试阳极支撑的平板型单电池NiO-SDC/SDC/SDC-LiNi0.5Mn1.5O4在600℃、700℃下开路电压分别为0.6701、0.6424对应的最大功率密度为64mWcm-2、519mWcm-2。NiO-SDC/SDC/SDC-Mn1.5Co1.5O4在550℃、600℃、650℃、700℃操作时，开路电压分别为0.722V、0.71V、0.6961V、0.6937V以及最大输出功率密度分别为258mWcm-2、530mWcm-2、774mWcm-2、1101mWcm-2。阳极支撑的平板型单电池NiO-SDC/SDC/SDC-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ在550℃、600℃、650℃、700℃操作时，开路电压分别为0.819V、0.796V、0.765V、0.723V和最大输出功率密度分别为427mWcm-2、730mWcm-2、1099mWcm-2、1191mWcm-2。实验结果表明LiNi0.5Mn1.5O4材料作为燃料电池阴极材料需要进一步改进和研究，Mn1.5Co1.5O4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ两种材料的电化学性能都非常好，初步说明尖晶石结构材料Mn1.5Co1.5O4和层状结构材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-δ作为SOFC阴极材料具有很好的发展前景。
【作者】聂小叶；
【导师】张丽敏；
【作者基本信息】山西师范大学，药物分析学，2014，硕士
【关键词】NCM阴极；MCO阴极；中温固体氧化物燃料电池；

【参考文献】
[1]李瑞莲.杂交棉不同世代的利用价值研究[D].湖南农业大学,作物栽培学与耕作学,2004,硕士.
[2]符和锋,王忠堂,陈永志,王学利.IN690合金管材热挤压对温度变化的研究[J].热加工工艺,2014,21:113-115+119.
[3]邹香玲.基于路由表的无线传感器网络路由算法研究[D].华中师范大学,计算机系统结构,2013,硕士.
[4]范恒冬.基于神经网络模型的我国商业银行体系风险预警研究[D].安徽大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[5]冉文学.单元物料订单分拣轮询控制系统研究[D].云南大学,通信与信息系统,2014,博士.
[6]贾明洋.建筑中的跨界设计[D].中央美术学院,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[7]邹幸.中国当代陶艺的构成主义形式研究[D].湖南工业大学,美术学,2012,硕士.
[8]赵文瀚.我国特色家庭农场生成路径研究[D].中共湖北省委党校,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[9]李卫杰.新型耐热Al-0.2Sc-0.04Zr合金高温蠕变行为的研究[D].郑州大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[10]孙曦.DDoS攻击及其对策研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2004,硕士.
[11]谷尔佳.不对称信息下C2C电子商务的激励策略研究[D].东北大学,管理科学与工程,2010,硕士.
[12]胡泽新.基于神经网络的一类生化反应器状态在线估计[J].控制与决策,1995,05:439-443.
[13]王露科.高中思想政治课学生资源的开发利用问题研究[D].华中师范大学,教育,2013,硕士.
[14]谷耀宝.中国特色社会主义制度价值简论[D].中共中央党校,马克思主义哲学,2014,博士.
[15]刘莹.我国商业银行汇率风险管理研究[D].东北财经大学,国际金融,2012,硕士.
[16]盖璐璐.户外广告的互动性设计研究[D].北京交通大学,2012.
[17]陶嘉伟.石墨烯量子结构中电子传播的类光学现象研究[D].上海大学,2011.
[18]俞巍.刑事错案的成因及矫正机制研究[D].西南政法大学,诉讼法学,2012,硕士.
[19]郑寇全,雷英杰,余晓东,王睿.基于直觉模糊线性方程组的IFTS预测方法[J].控制与决策,2014,05:941-945.
[20]乔爱春.倍他乐克在急性心肌梗死合并糖尿病中的应用[D].山西医科大学,心血管内科,2003,硕士.
[21]邢鹏.基于云平台的多配送中心车辆调度问题研究[D].北京交通大学,2013.
[22]王晓星.基于二阶效应和疲劳寿命的钢筋混凝土排架柱设计方法[D].燕山大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[23]张瑞.车门关闭过程中的人耳压力舒适性研究[D].吉林大学,机械工程,2014,硕士.
[24]宋志君.素质教育导向下的四川省小学教师人力资源管理对策研究[D].四川大学,行政管理,2003,硕士.
[25]王文婷.无机盐类外加剂对混凝土碳化性能的影响及机理探讨[D].西安建筑科技大学,材料学,2013,硕士.
[26]张岩.我国商业银行董事会治理与风险管理能力研究[D].云南财经大学,会计学,2013,硕士.
[27]张汉波.技术创新投资决策的期权博弈研究[D].中北大学,技术经济及管理,2014,硕士.
[28]陈志刘峰李哲中国科学技术发展战略研究院.慎防石墨成为下一个稀土产业[N].科技日报,2014-03-17001.
[29]吴灵敏.心房颤动维持机制的电标测和频谱分析[D].北京协和医学院,内科学,2014,博士.
[30]金晨,牛离平.数字图书馆自动化体系建设[J].农业图书情报学刊,2003,06:21-23+28.
[31]蒋涛.犯罪本质特征之社会危害性——在全球化语境和社会转型背景下论社会危害性[D].华东政法学院,刑法学,2004,硕士.
[32]吕劲松.滇西北晚二叠世玄武岩成因及地幔柱岩浆演化[D].成都理工大学,矿物学、岩石学、矿床学,2013,硕士.
[33]胡建军,胡飞雄.节能发电调度模式下有偿调峰补偿新机制[J].电力系统自动化,2009,10:16-18.
[34]曾珍.重庆市储蓄投资转化效率问题研究[D].西南大学,政治经济学,2014,硕士.
[35]陆永涛,王丹丹,岳宗款,吴毅杰,杨平.硫化镍修饰类石墨烯C_3N_4复合物制备及其在可见光下制氢性能的研究[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第12分会：催化化学[C].中国化学会:,2014:1.
[36]杨帆.西藏地区高校女大学生抑郁、攻击性与儿童期性虐待[D].西藏大学,课程与教学论,2014,硕士.
[37]申雪庆.蚯蚓处理污泥对盐碱土壤关键生化指标的影响[D].东北农业大学,农业生态学,2013,硕士.
[38]谭发清.证券IPO对银行信贷资产价格的影响研究[D].重庆大学,数量经济学,2014,硕士.
[39]俞晓锋.基于SOA的企业信息系统集成架构研究[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[40]张南.城市三维仿真系统的开发与应用[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[41]晁志军.三维模型非刚体形变的匹配方法研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[42]刘杰,张欣,杨福源,王贺武,欧阳明高.引燃油量对柴油引燃天然气发动机燃烧特性的影响[J].汽车工程,2015,04:375-379+386.
[43]贺淑珍,冯建忠.太钢低硅烧结矿的试验研究[J].炼铁.2004(S1)
[44]刘佳芮.女装合体插肩袖结构设计方法研究[D].东华大学,纺织工程（专业学位）,2014,硕士.
[45]翟建伟.基于WiFi的移动社交通讯平台设计与实现[D].北京交通大学,2012.
[46]周碧蕾.对外汉语新手教师中级口语课堂提问研究[D].中山大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[47]赫英斌.房屋登记错误的法律救济[D].黑龙江大学,法律,2012,硕士.
[48]王树国.基于ARM平台的智能探测救援机器人设计与实现[D].浙江工商大学,电子与通信工程（专业学位）,2014,硕士.
[49]刘红.我国土地征用问题研究[D].首都经济贸易大学,区域经济学,2004,硕士.
[50]韦巍.年龄对房间隔缺损患者临床表现及其经皮导管封堵治疗的影响[D].广西医科大学,心血管内科（专业学位）,2013,硕士.