摻雜氧化鈰基中溫固體氧化物燃料電池電解質材料的制備與表征.pdf

1、中國科學技術大學博士學位論文摻雜氧化鈰基中溫固體氧化物燃料電池電解質材料的制備與表征姓名：田瑞芬申請學位級別：博士專業(yè)：材料學指導教師：夏長榮20091101摘要(3)采用共壓共燒技術制備了以上述SDC粉體為電解質、LSM為陰極、NiO／SDC為陽極支撐體的單電池，并在500600oC溫度范圍內以濕H2為燃料，測試了電池性能，在600oC時電池最大輸出功率密度達至1J203mWcm一；(4)借助ZSimpWin軟件，結合磚層模型，將阻抗

2、譜中測得的450oC以下的晶粒電阻和晶界電阻從總電阻中解析出來，并分別研究了總電阻、晶界電阻和晶粒電阻隨燒結溫度的變化規(guī)律。研究結果表明：GNP法制備的SDC20電解質的總電導率和電導活化能處在目前不同方法制備的SDC粉體的較高水平；燒結溫度會影響總電導率，在燒結溫度為1300oC時得到的樣品具有最高電導率；較高的總電導率可能是因為樣品具有較小的晶界電阻；晶粒的電導遷移焓也隨著燒結溫度的升高而增加，這可能也是由高溫燒結下Ce4被還原而導

3、致的。第三章中首次制備并研究Ca2、Gd”共摻雜的氧化鈰體系，考察了不同摻雜濃度下共摻雜效應對樣品的燒結性能、電導率、活化能的影響，為今后進一步研究該體系，研發(fā)具有高燒結活性和電導率的新型共摻雜的氧化鈰基電解質提出一條新的思路，同時也為研究其它共摻雜體系的研究提供一定參考。主要結果如下：(1)對于甘氨酸法制備的Gd單獨摻雜的氧化鈰，其電導率最高值出現在Gd摻雜量為015時，600oC時電導率為00138Scm一，略低于同樣方法制備的Sm

4、o2Ceo8019材料，但仍可以滿足中低溫SOFC電解質材料的要求。(2)對于Gd。Cao15xCeo850185o5x材料，少量的Ca與Gd共摻雜可以提高粉體的燒結性能，并且在一定程度上可以提高電導率，過多的Ca離子摻入則會使氧空位濃度太高，締合效應顯著增加，rli角Z質導電能力下降。第四章中，通過陰極、陽極同時浸漬的方法對第二章制備的單電池的電極部分進行修飾，發(fā)現通過陽極的修飾作用明顯提高了單電池性能，對LSM陰極的進一步修飾制備出

5、的單電池在600oC功率密度達到463mWcm～，與采用SSC等Co基陰極的單電池性能相當，成功地將LSM材料應用于中溫SOFC的陰極。為了迸一步研究納米SDC對電極的影響，考察了惰性Au電極表面引入納米SDC之后電極電阻的變化。發(fā)現SDC的修飾可以降低電解質與電極的界面電阻和電極的極化電阻，納米SDC顆粒通過對電極和電解質界面微結構的修飾有效改善了電極性能；同時，由于SDC中的Ce離子具有3和4兩種價態(tài)引起電極表面氧溢流效應，有利于電