镓酸镧基固体氧化物燃料电池镍-铁-镓酸镧复合阳极的研究

摘要

掺杂的镓酸镧具有高的氧离子电导率、氧迁移数以及好的稳定性，是一种有前景的中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)电解质材料。高性能阳极的开发是以掺杂的镓酸镧为电解质的ITSOFC的重要研究内容。本文考察了Ni-Fe-镓酸镧复合阳极的化学稳定性、电化学活性以及活化现象。 用浸渍法制各了系列Ni-Fe-镓酸镧复合阳极，并采用XRD技术考察了阳极的物相。结果表明，NiO与镓酸镧粉末具有良好的化学相容性，在经1473 K空气中焙烧后的电极中未观察到新的物相。在高温下，复合电极中金属Ni与镓酸镧粉末在氢气中发生反应。首次发现在阳极中掺入Fe可以显著抑制Ni与镓酸镧的反应。Ni与镓酸镧的反应还受到掺杂的镓酸镧粉末的种类以及电极焙烧温度的影响。 采用交流阻抗、直流极化等技术考察了Ni-Fe-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3-δ(LSGMC5)复合阳极组成对于电化学性能的影响。随着电极中Fe含量的增加，电极的欧姆电阻和极化电阻显著减小。电极性能的提高是由于Fe改善了电极以及电极/电解质界面的微观结构、抑制了Ni与LSGMC5的副反应。电极中LSGMC5粉末含量对于电极催化氢气及二甲醚电化学氧化反应的影响显著不同，LSGMC5对于二甲醚的氧化具有特殊的催化作用。不同燃气下，电极极化电阻均随LSGMC5粉末含量的增加而减小，以二甲醚为燃气时，LSGMC5掺杂量为30％的复合阳极具有最高的电化学性能。以氢气为燃气时，LSGMC5掺杂量为20％的阳极的电化学性能最高，随着LSGMC5掺杂量的进一步增加，电极极化电阻显著增大。 首次报道了高温阳极极化可以显著提高Ni8-Fe2-LSGMC5性能的现象。高温极化后，电极的极化电阻与欧姆电阻均显著减小。极化后电极的性能与极化电流密度、极化时间、极化温度有明显的关系。电极性能的提高与极化下电极以及电极/电解质界面微观结构的改变有关。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1燃料电池概述

1.2固体氧化物燃料电池概述及原理

1.2.1固体氧化物燃料电池概述

1.2.2固体氧化物燃料电池工作原理

1.3 固体氧化物燃料电池材料

1.3.1固体氧化物燃料电池电解质材料

1.3.2固体氧化物燃料电池阴极材料

1.3.3固体氧化物燃料电池阳极材料

1.4镓酸镧基中温固体氧化物燃料电池阳极概述

1.4.1阳极材料

1.4.2阳极材料与电解质的化学相容性

1.5本论文的研究目的

参考文献

第二章实验部分

2.1实验仪器与药品

2.1.1实验仪器

2.1.2实验药品

2.2电解质和电极材料的制备

2.2.1 电解质片的制备

2.2.2复合阳极的制备

2.2.3复合阴极的制备

2.2.4三合一组件的制备

2.3表征技术及实验条件

2.3.1物相及结构表征

2.3.2电化学测试技术

2.3.3电化学测试系统

参考文献

第三章镍-铁-镓酸镧复合阳极物相研究

3.1 Ni、Fe配比对电极物相的影响

3.1.1 Ni-Fe合金阳极

3.1.2 Ni-Fe-LSGMC8.5复合阳极

3.2镓酸镧粉末对电极物相的影响

3.2.1镓酸镧粉末组成的影响

3.2.2镓酸镧粉末焙烧温度的影响

3.2.3镓酸镧粉末掺杂含量的影响

3.3电极还原温度对电极物相的影响

3.4本章小结

参考文献

第四章镍-铁-LSGMC5复合阳极的性能

4.1 不同Ni、Fe配比阳极

4.1.1电极的微观结构

4.1.2氢燃料电池性能

4.2 掺杂不同温度焙烧LSGMC5粉末的阳极

4.2.1电极的微观结构

4.2.2氢燃料电池性能

4.3掺杂不同含量LSGMC5粉末的阳极

4.3.1电极微观结构

4.3.2不同燃气下单电池电化学性能

4.4讨论

4.5本章小结

参考文献

第五章极化对镍-铁-LSGMC5复合阳极的影响

5.1 极化电流的影响

5.1.1操作条件及微观结构

5.1.2电化学性能

5.2 极化时间的影响

5.2.1操作条件及微观结构

5.2.2电化学性能

5.3 极化温度的影响

5.3.1操作条件及微观结构

5.3.2电化学性能

5.4 本章小结

参考文献

结论

攻读硕士期间发表的论文

致谢