對稱型固體氧化物燃料電池電極材料的制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFCs)是一種高效，清潔的能量轉(zhuǎn)換裝置，傳統(tǒng)的SOFCs工作溫度高，成本高都制約其商業(yè)化發(fā)展，所以發(fā)展中低溫，低成本的新型電極材料迫在眉睫。而對稱型SOFCs可有效的降低成本，且在陽極通過采用鈣鈦礦和類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的電極材料，在還原氣氛中有較高的抗積碳和抗硫毒化性能，但催化性能，導(dǎo)電率和穩(wěn)定性都比傳統(tǒng)陽極差。因此，高導(dǎo)電率和高催化活性的對稱SOFCs電極材料的研究非常關(guān)鍵。本文將圍繞對稱型SOFCs的電極材料作系統(tǒng)

2、的研究。
　　本文設(shè)計并合成了中溫La0.6Ca0.4Fe1-xNixO3-δ(x=0.2，0.4，0.6，0.8)(LCFN)的電極材料有著優(yōu)異的氧化還原結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，較高的電導(dǎo)率和優(yōu)秀的氧還原催化活性，且與Ce0.8Sm0.201.9(SDC)有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)兼容性。LCFN0.2的電導(dǎo)率在200S cm-1以上，LCFN0.2|SDC|LCFN0.2對稱電池的極化阻抗在800℃為0.22Ω cm2。以LCFN0.2-3

3、0SDC為電極的對稱電池的極化電阻在800℃為0.145Ω cm2，說明SDC的加入提高了對稱電池的性能。LCFN0.2-30SDC單電池在800℃下的功率密度為141 mW cm2，表明其確實是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ腟OFCs電極候選材料。
　　通過浸漬的方法制備電極來改善電極性能。LCFN中的鐵鎳元素在800℃下的還原氣氛中從晶格中析出，主要以(γFe，Ni)的形式存在，將有效的提高陽極的氫氣氧化催化性能。通過30SDC-infi

4、ltrated LCFN為電極制備對成型固體氧化物燃料電池，在800℃下的峰值功率密度為302 mW cm-2。在在800℃下，140h的長期測試后其PPD穩(wěn)定在225mW cm-2，且在隨后的H2-air的循環(huán)氣氛中保持這個數(shù)值。
　　研究了類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)P2NiO4的電極材料在對稱型SOFCs中的應(yīng)用。該材料具有優(yōu)異的氧化還原結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，較高的電導(dǎo)率和優(yōu)越的電化學(xué)催化活性。其在還原氣氛中還原后，通過XRD，SEM和EDS的分析，

5、PNO中的部分Ni元素在還原氣氛中會原位還原至PNO的骨架之上，這些納米金屬Ni顆粒均勻的依附在陽極骨架上，有效的提高了陽極對氫氣氧化的催化性能。40SDC-infiltrated PNO對稱電池的極化電阻在800℃為0.06Ω cm2，在800℃下的峰值功率密度為356 mW cm-2。同時，在356mA cm-2的電流密度中，168h的氫氣氣氛中PPD保持穩(wěn)定，并且該電池的熱震性和氧化還原循環(huán)氣氛實驗中都保持著較好的穩(wěn)定性，表明PN