Pr2NiO4基固體氧化物燃料電池陰極的制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池由于高效、潔凈、輸出功率穩(wěn)定等優(yōu)點吸引了人們的注意，由于一般工作溫度較高，對材料選擇和制作工藝的要求非常高，限制其發(fā)展，在保持電池原有優(yōu)勢前提下，降低燃料電池的工作溫度，就可以減少這些問題。在電池工作的過程中，陰極極化損失占到整個電池損失的50％，若能改善陰極的性能，提高陰極的能量效率，將會對電池的性能有很大改善。
　　具有A2BO4結構的類鈣鈦礦氧化物擁有混合導電性，較高的氧擴散系數(shù)，較低的熱膨脹系數(shù)，和鈣鈦礦

2、結構的氧化物相比有較好的熱化學穩(wěn)定性，這一系列性質預示著A2BO4型化合物成為潛在的燃料電池陰極材料。在本實驗中以Pr2NiO4（PNO）為研究對象。對其A位進行摻雜少量的Sr(PSNO)，分析其物性，是否滿足陰極材料的要求。并在PSNO中復合具有離子導電性的YSZ，制成復合陰極，分析PSNO-YSZ復合陰極的性能。
　　實驗表明，用溶膠－凝膠法合成的PNO和PSNO粉體成單相。PNO的高溫電導率在450℃時達到最大值52.5S/

3、cmPSNO的電導率在500℃達到最大值107S/cm，PSNO的電導率復合陰極材料的要求。PNO的熱膨脹系數(shù)在30℃到850℃之間的平均值為14.26×10-6K-1，PSNO的為14.38×10-6K-1。PNO的曲線在450℃出現(xiàn)突變，可能是發(fā)生相變，而摻雜Sr后消除了這種相變。
　　分析YSZ的加入對復合陰極的基本物性和電化學性能的影響。經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)摻雜量為20wt%的陰極效果最好，在750℃測試，極化面電阻為0.22Ω

4、cm2，以PSNO-20YSZ為研究對象分析燒結溫度對陰極的影響，經(jīng)過對電化學測試和SEM圖片分析，最佳燒結溫度為1050℃，時間3h。在不同的測試溫度測試其阻抗和過電位，結果表明隨著溫度的增加，電化學性能增強，原因是陰極材料對電極反應的催化活性增強。
　　復合陰極的電導率非常低，原因為YSZ離子電導率非常大，而電子電導率非常小，影響了電導率的值。熱膨脹測試顯示PSNO的TEC大于PSNO-20YSZ的值，說明YSZ的加入限制了P