论文部分内容阅读
目前,中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)是研究的热点。IT-SOFC的性能损耗主要由阴极的极化引起,因此,降低阴极极化对推动IT-SOFC发展十分重要。钙钛矿结构La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.803-δ(LSCF)在中低温具有良好的离子电子混合导电性,较低的热膨胀系数,较高的电催化活性,是很有发展前景的IT-SOFC阴极材料。阴极的结构也是决定阴极性能的关键。纳米纤维网络结构的阴极具有传导离子和电子的连续路径、高的电催化活性、良好的气体渗透性,因此能很大程度上提高阴极性能。静电纺丝法是一种制备纳米纤维的简单易行的方法。本文采用静电纺丝法制备LSCF纳米纤维,并研究LSCF纳米纤维网络结构阴极的电化学性能。研究了PVP含量、电压、固化距离和供料速率等工艺参数对静电纺丝法制备LSCF纤维的影响,得到最佳的制备工艺：PVP含量2.5-2.9wt%、电压12-16kV、固化距离11-15cm、供料速率0.5-0.7m1/h。采用TG-DTA、XRD、SEM、EDS、TEM等测试手段对LSCF纳米纤维的晶相、元素组成、显微结构等进行表征。800℃煅烧的纳米纤维为钙钛矿结构LSCF,纳米纤维中只含有La、Sr、Co、Fe和O元素,纤维直径约130nm,长度分布为3-20μm。LSCF纳米纤维网络结构阴极具有良好的电化学性能。在600*C、650-C、700-C和750℃时,LSCF纳米纤维网络结构阴极的极化阻抗分别是0.746Ω·cm2、0.517Ω·cm2、0.206Ω·cm2和0.106Ω·cm2。在650℃和700℃时,以氢气为燃料、空气为氧化剂,具有LSCF纳米纤维网络结构阴极的单电池(Ni+GDC(gadolinia-doped ceria)||GDC||LSCF)最大功率密度分别是0.76W·cm-2和1.04W·cm-2；在6500C和700℃时,以LSCF纳米纤维与20wt%GDC粉体构建阴极的单电池(Ni+GDC||GDC||LSCF+GDC)的最大功率密度分别是0.88W·cm-2和1.20W·cm-2。