中温固体氧化物燃料电解质和阴极材料性能研究

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固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)是一种将化学能直接转换为电能的装置,该装置具有清洁、高效等优点。与高温燃料电池相比,中温固体氧化物燃料电池(Intermediate Temperature Solid oxide fuel cell,ITSOFC)的循环稳定性更高,密封工艺更简单,因此受到研究者的青睐。目前,制约中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)研究的最主要技术障碍是,随着SOFC运行温度的降低,现有电解质和电极材料,尤其是阴极材料,它们的电阻或极化电阻会明显增大,因而影响了大电流特性。为此,亟待研究中温性能优异的电解质和阴极材料。基于此,本论文针对新型的ITSOFC电解质和阴极材料进行了初步的探索和研究,具体的研究内容包括:  (1)采用新型的固相法制备了La、Er双掺杂的CeO2基电解质粉体。通过控制La/Er比例合成了一系列立方萤石结构电解质粉体:Ce0.8Er0.2-xLaxO1.9(x=0,0.02,0.04,0.06)它们的晶格常数随着La掺杂量的增加而增大;当La的掺杂量为0.02(LEDC02)时,电解质的氧离子导电率到达峰值(3.5×10-2S cm-1,在800℃)。  (2)采用新型的固相法合成了一系列无钴基双钙钛矿结构的阴极材料La1-xErxBaCuFeO5-δx=0,0.02,0.04,0.06)。结果表明:优化的烧结温度为1150℃,在该温度下,当Er的掺杂量为0.02(LEBFC02)时,对应的极化电阻最小(0.09Ωcm-2)。  (3)复合阴极材料的制备和性能研究。将电解质LEDC02掺入到阴极材料LEBFC02中从而形成复合阴极材料(LEBFC02/LEDC02)。在电池中,该复合阴极的Rp较低,仅为0.45Ωcm-2;对应电池的输出功率高达360mW cm-2。
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