低溫固體氧化物燃料電池復(fù)合電解質(zhì)與新型陰極材料研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)成為世界關(guān)注的話(huà)題。開(kāi)發(fā)新型能源和發(fā)展高效能源利用系統(tǒng)是目前科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從短期看來(lái)，發(fā)展高效能源系統(tǒng)更具有潛力。固體氧化物燃料電池(SOFC)因其高效的能源轉(zhuǎn)換效率、靈活的燃料選擇和環(huán)境友好性受到重視。中、低溫SOFC因在材料的選擇、制備成本和操作穩(wěn)定性的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而成為該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
　　 本論文圍繞低溫SOFC的新型復(fù)合電解質(zhì)材料釤摻雜氧化鈰-(Li2/Na2)CO3(SDC-Carbon

2、ate，SCC)及其新型陰極材料開(kāi)展了相關(guān)研究：
　　 1、首先采用檸檬酸-硝酸燃燒法(CN)、碳酸銨共沉淀法(CP)和固相反應(yīng)法(SR)制備SCC前軀體-SDC粉末，考察SDC的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)復(fù)合材料的電化學(xué)性能的影響。
　　 2、采用干壓-共燒結(jié)方法制備以SCC為電解質(zhì)、Ni基材料為電極的SOFC單電池?？疾霺OFC單電池組件之間的化學(xué)、熱兼容性和電池短時(shí)間操作穩(wěn)定性，并利用電化學(xué)阻抗譜分析單電池的電化學(xué)性能和離子傳

3、導(dǎo)機(jī)理。
　　 3、初步探索了具有KENiF4型結(jié)構(gòu)的Pr2Ni0.76Cu0.24O4+δ(PNCO)材料做SDC-碳酸鹽(CN-SCC)復(fù)合電解質(zhì)基單電池的陰極材料的可行性。
　　 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到下述結(jié)論；
　　 SDC粉末的材料物理化學(xué)性質(zhì)(比表面、形貌和表面化學(xué)性質(zhì))對(duì)復(fù)合材料的電化學(xué)性能影響明顯。其中采用檸檬酸燃燒法制備的SCC復(fù)合材料獲得最好的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)功率密度(550℃達(dá)到916.4mWcm

4、-2)，優(yōu)異的電化學(xué)性能歸結(jié)于SDC粉末與碳酸鹽形成的獨(dú)特界面結(jié)構(gòu)。SCC與Ni基電極以及PNCO材料在H2/air條件下化學(xué)、熱兼容性良好。電化學(xué)阻抗譜確認(rèn)單電池的歐姆阻抗和極化阻抗都滿(mǎn)足高電化學(xué)性能的要求。以CN-SCC為電解質(zhì)、Ni基材料為電極的單電池在2h的短時(shí)間操作過(guò)程中性能穩(wěn)定。極化阻抗譜測(cè)試證實(shí)復(fù)合電解質(zhì)的離子導(dǎo)電方式與傳統(tǒng)單相電解質(zhì)的離子導(dǎo)電方式不同，并且為H+/O2?；旌蟼鲗?dǎo)。借助空間電荷模型初步分析復(fù)合電解質(zhì)的新型界