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作为一种新型的能源转换装置,固体氧化物燃料电池(SOFC)以其清洁高效等优势迅速获得广泛的研究,近二十几年来已取得很大的成绩。目前SOFC的研究工作主要集中在降低SOFC的工作温度以及直接使用碳氢化合物作为燃料的相关研究,研究的重点则在于电极材料的改性,开发高性能的阴极和阳极材料以降低电极材料对SOFC工作的不良影响。本文首先研究了离子浸渍法制备LSF-YSZ复合阴极的电化学性能,然后对Cu基阳极的性能做出了部分研究工作。
本文采用传统流延和共压法制备了YSZ阴极多孔骨架,利用离子浸渍法制备出不同LSF(La0.8Sr0.2FeO3-δ)含量的复合阴极LSF-YSZ。研究发现当流延浆料中石墨含量为40wt％对称阴极中LSF浸渍量达到25wt%,煅烧温度为850℃时,阴极极化阻抗可达到最小值0.043Ω·cm2;同时对对称电池的交流阻抗谱进行了拟合分析,初步探索了阴极的反应机理,结合断面SEM照片观察,发现三相界面的长度对电池性能有至关重要的影响。
另一方面,本文就阳极采用具有离子/电子混合导电的Cu-SDC-CeO2或Cu-YSZ-CeO2进行相关的研究,讨论了氢气和碳氢燃料气氛下LSM-YSZ和LSF-YSZ阴极支撑单电池的交流阻抗谱以及单电池的性能,如最大输出功率密度等。实验结果表明,浸渍法制备的单电池LSF-YSZ| YSZ| Cu-YSZ-CeO2,工作温度为800℃时在氢气、丙烷、十二烷以及低硫柴油气氛下的最大功率密度分别为0.62 W·cm-2、0.40 W·cm-2、0.37 W·cm-2、0.36 W·cm-2。