SOFC中阴极汇流及BaFe0.95Bi0.05O3-δ基阴极的研究

摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料以及阴极侧汇流材料是影响电池性能的重要因素。为提高电池工作时的放电性能，本文研究了阴极集流层以及BaFe0.95Bi0.05O3-δ基阴极材料。
　　本研究主要内容包括：⑴阴极汇流层是在Ag浆中加入8mass％的乙基纤维素(EC)烧制后的多孔Ag结构，且导线Ag环绕在阴极周围，实验结果表面阴极的放电性能显著提高。在Ag浆中加入8 mass%EC和15 mass%SSZ，并在850℃烧结后可使集流层保持微观孔结构。LSM作为阴极集流层时，加入12 mass%的乙基纤维素在1050℃下保温2 h，具有良好的孔结构，但集流效果较Ag差。Ag网与表面喷涂LSM的连接体直接接触，接触电阻是2 mΩ·cm2，此方案适合汇流。⑵BaFe0.95Bi0.05O3-δ(BFB5)粉体具有钙钛矿结构，作为阴极材料时其最佳烧结温度为1100℃。在750℃时，其极化阻抗为0.22Ω·cm2。随着GDC含量的逐渐增加，BFB5-xGDC复合阴极的热膨胀系数和电子电导率降低，其中BFB5在600-800℃范围内热膨胀系数为30.6×10-6 K-1，电子电导在450℃时达到最大值4.4 S·cm-1。NiO/YSZ|YSZ|GDC|BFB5单电池在800℃下的总电阻0.33Ω·cm2，最大功率1.61 W·cm-2。⑶随着Cu元素的掺杂量增加，BaFe0.95-xBi0.05CuxO3-δ(BFBCx)在室温条件下立方相增加，BFBCx的热膨胀系数随着Cu掺杂量的增加而增加，而电子电导率最大值出现在600℃。在保持良好的微观结构后，BFBCx系列阴极中，BFBC5阴极的烧结温度为940℃，其在750℃时的极化电阻Rp(BFBC5)=0.166Ω·cm2；NiO/YSZ|YSZ|GDC|BFBC5单电池在800℃下的总电阻0.29Ω·cm2，最大功率1.59 W·cm-2。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 固体氧化物燃料电池概述

1.3 SOFC阴极侧汇流的研究现状

1.4 中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的发展

1.5 本文的主要研究内容

第2章 实验材料与测试方法

2.1 实验药品和实验仪器

2.2 性能表征方法

2.3 电极电化学性能表征

第3章 SOFC阴极汇流的研究

3.1 Ag作为集流层的改性研究

3.2 高温下Ag孔结构研究

3.3 LSM作为阴极集流层微观结构的研究

3.4 阴极侧Ag网与连接体接触电阻大小的研究

3.5 本章小结

第4章 BFB5-xGDC复合阴极的研究

4.1 BFB5阴极材料的制备及其功能的研究

4.2 BFB5-xGDC复合阴极的研究

4.3 本章小结

第5章 BaFe0.95-xBi0.05CuxO3-δ阴极的研究

5.1 阴极粉体BFBCx的制备

5.2 结构性能表征

5.3 电化学性能表征

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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