固體氧化物燃料電池LSM-SDC復(fù)合陰極的制備及電化學(xué)表征.pdf

1、傳統(tǒng)的高溫燃料電池SOFC由于高的操作溫度(800-1000℃)而導(dǎo)致了材料選擇的困難和成本居高不下,而降低電池的工作溫度到中等溫度(550~800℃)可以在保持高溫燃料電池優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)克服其缺點(diǎn).當(dāng)溫度降低到800℃以下時(shí),陰極界面電阻隨著溫度的降低而迅速增加,并超過(guò)薄膜化電解質(zhì)(厚度小于30μm的YSZ)的電阻而成為電池內(nèi)阻的主要來(lái)源.因而探索在中溫下具有較低界面電阻的陰極,降低電池內(nèi)阻,從而提高SOFC的能量轉(zhuǎn)化效率,對(duì)SOFC的發(fā)

2、展具有舉足輕重的意義.陰極的界面電阻與其微結(jié)構(gòu)和制備過(guò)程密切相關(guān),為了提高陰極性能,該論文以Sm<,0.2>Ce<,0.8>O<,1.90>(SDC)為電解質(zhì),采用不同的粉體和電極制備方法優(yōu)化LSM-SDC復(fù)合陰極,為L(zhǎng)SM(La<,1-x>Sr<,X>MnO<,3-δ>)在中溫SOFC中的應(yīng)用探索合適的途徑.論文前兩章對(duì)SOFC工作原理、SOFC各部分材料的特點(diǎn)以及陰極氧還原反應(yīng)過(guò)程做了一個(gè)概述.論文第三章采用固相反應(yīng)法、硝酸鹽-甘氨

3、酸法(GNP)制備LSM粉體;用草酸鹽共沉淀法和GNP法制備SDC粉體.并研究了GNP法中"還原劑/氧化劑當(dāng)量比"對(duì)粉體比表面、電極微結(jié)構(gòu)和界面電阻的影響.隨著當(dāng)量比的提高,粉體比表面逐漸增加.當(dāng)量比為1.2時(shí),產(chǎn)物粉體中硬團(tuán)聚較少、比表面較大,復(fù)合陰極面內(nèi)電阻較小,對(duì)應(yīng)界面電阻也最小.通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化,在800℃下得到的最低界面電阻為0.26Ω2cm<'2>.為了進(jìn)一步降低界面電阻,論文第四章用溶膠-凝膠法(sol-gel)制備LSM-S

4、DC復(fù)合陰極,并對(duì)電極微結(jié)構(gòu)和界面電阻進(jìn)行了研究.與傳統(tǒng)的陶瓷材料制備方法相比,溶膠凝膠技術(shù)的熱處理溫度低,所制備的粒子或材料非常均勻,純度也很高.800℃時(shí)的界面電阻為0.14Ωcm<'2>,低于文獻(xiàn)中所報(bào)道的和第三章用其他制備方法得到的同成分陰極的界面電阻數(shù)據(jù).論文的五章采用硝酸鹽浸漬法制備LSM-SDC復(fù)合陰極,并研究了電極微結(jié)構(gòu)和界面電阻的關(guān)系.750℃時(shí)為0.034Ωcm<'2>.此數(shù)據(jù)比現(xiàn)有文獻(xiàn)中的LSM-DCO復(fù)合陰極界面

5、電阻數(shù)據(jù)要低約一個(gè)數(shù)量級(jí).該論文還對(duì)各組實(shí)驗(yàn)的陰極反應(yīng)表觀活化能進(jìn)行了比較分析,活化能大小都介于1.0eV和2.0eV之間,和文獻(xiàn)中關(guān)于陰極氧還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)解釋基本吻合.不同粉體由于形貌和粒子大小不同,燒結(jié)性能存在很大差別.例如第三章中的GNP粉體由于顆粒粒徑小、燒結(jié)活性高,對(duì)應(yīng)復(fù)合陰極的最佳燒結(jié)溫度也較其他粉體的最佳燒結(jié)溫度低150-300℃.對(duì)于復(fù)合陰極的燒結(jié)過(guò)程來(lái)說(shuō),燒結(jié)溫度過(guò)低或過(guò)高均會(huì)導(dǎo)致界面電阻增加.從各章中的掃描電鏡照片