固体氧化物燃料电池Sr2MgMo1-xVXO6-d型阳极材料研究

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迄今为止,双钙钛矿材料Sr2MgMoO6(简称:SMMO)被广泛认为是固体氧化物燃料电池(SOFC)最有前途的阳极材料之一。然而,在中温(500-700℃)条件下,该阳极材料的催化活性、导电性仍不理想,故有进一步改进的必要。掺V有可能改善导电性和催化氧化活性,但迄今尚未看到相关的研究报道。本论文首先以(NH4)6MO7O24·4H2O、Sr(NO3)2、Mg(NO3)2·6H2O、NH4VO3等为原料,采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成了Sr2MgMoO6阳极材料,考察了合成参数对产品物相组成的影响规律,发现了最佳合成条件,并在此条件下,合成了一系列含V量不同的掺V材料,Sr2MgMo1-xVxO6-d(简称:SMMVO,x=0,0.05、0.1、0.15、0.2)。用X射线衍射仪,扫描电镜,电化学工作站,色谱微反对所合成样品的物相组成、形貌,导电性、催化甲醇氧化活性进行了表征。主要结果如下:1、合成SMMO时,实验发现:(1)在空气气氛中,在各温度(1200℃、1300℃、1400℃、1500℃)下反应10h均能合成SMMO双钙钛矿物相,但都有微量杂质相存在。1400℃下合成时,所得产品中杂质相的含量最低;(2)在5%H2/N2气氛中,在1100℃下反应24小时1-4次也均能形成SMMO双钙钛矿物相,但都含有微量杂质物相。反应两次时杂质含量最少。氢气气氛中合成时,产品中杂质峰数目较空气气氛中合成时少。H2气氛中最佳条件下所制样品的电导率(9.62S/cm)大大高于空气中最佳条件下制得的样品的电导率(0.667S/cm),且明显高于2006年huang et al在Science上报道的相同材料的电导率(8.60S/cm)。2、合成SMMVO时,无论在空气中还是在氢气中合成,掺V量分别为5%、10%、15%、20%的样品均能形成SMMO双钙钛矿相,其中掺V量为5%的样品结晶度最好,晶粒最大。在氢气中合成的掺V量为5%的样品具有最低的导电活化能(8.7185kJ/mol),在较低温度区具有更高的电导率。3、分别在空气和氢气条件下合成的Sr2MgMoO6-d与Sr2MgMo0.95V0.0506-d粉体材料,它们的颗粒大小都比较均匀,但氢气气氛中制得的样品颗粒相对较小。Sr2MgMoO6-d具有一定的的甲醇氧化催化活性,但掺入V后(Sr2MgMo0.95V0.0506-d)催化活性大幅度提高。由于在中温区具有高的导电性和催化氧化活性,Sr2MgMoO6-d材料很可能是一个很有希望的中温SOFC阳极材料。由于含钒的氧化物(一种抗硫催化剂),该材料更可能适合含硫燃料,比如沼气等。
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