含钴燃料电池阴极材料的电导弛豫研究

摘要

燃料电池是一种在等温条件下直接将燃料的化学能转变成电能的装置。从原理上说，燃料电池不受卡诺循环的限制，用于转化电能的化学能来自燃料和氧化剂气体的反应能，具有能量转化率高和环境友好等传统热机无法比拟的优点。
　　固体氧化物燃料电池是一种全固态燃料电池，具有无泄漏、寿命长等优点，是最理想的燃料电池类型之一。但迄今SOFC自身仍然有许多基础研究问题尚未得到妥善解决。人们越来越意识到降低操作温度（600-800oC）的重要性。但随着工作温度的降低，电解质欧姆电阻和电极极化电阻增大，而阴极的极化电阻增大尤为明显。因而，阴极性能成为人们所关心的问题之一。本文就是以发展中温固体氧化物燃料电池为应用背景，围绕中温阴极材料做了如下一些工作：
　　首先研究了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ样品的制备、热学、电学性质。对样品分别进行了XRD、热膨胀、电导率以及电导弛豫等测试。研究发现，测试的热膨胀曲线在较高温度下偏离线性变化而变得陡峭以及电导率先增后减600℃时达到极值，这都是因为晶格氧的缺失以及氧空位的形成。另外对样品在中温区进行了电导弛豫测试，结果发现，随着测量温度的增加，样品的弛豫速度增加，达到平衡所需的时间也明显减少。T=720℃的弛豫时间是T=770℃的两倍。相应的化学扩散系数在7×10-8-1×10-7cm2·S-1之间。计算出的氧化学扩散的活化能约为Ea=40.8±3.6kJ·mol-1。
　　然后我们又对另一种中温阴极材料Sm0.5Sr0.5CoO3-δ样品进行了研究，测试了其晶体结构、热膨胀、电导率以及电导弛豫性能。研究发现，热膨胀曲线也在较高温度时偏离线性变化而变得陡峭，电导率先增后减450℃时达到极值，与上面的分析相同这都是因为晶格氧的缺失以及氧空位的形成。另外对样品在中温区进行的电导弛豫测试结果显示，随着测量温度的增加，样品的弛豫速度增加，达到平衡所需的时间也明显减少。T=550℃的弛豫时间是T=620℃的40倍。相应的化学扩散系数在2×10-8-2×10-6cm2?S-1之间。计算出的氧化学扩散的活化能约为Ea=192±26kJ?mol-1。

目录

含钴燃料电池阴极材料的电导弛豫研究

INVESTIGATION ON CONDUCTIVITY RELAXATION OF CATHODE MATERIALS CONTAINING COBALT

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 燃料电池介绍

1.2 固体氧化物燃料电池介绍

1.3 SOFC阴极材料研究进展

1.4 课题来源及本文拟研究的内容

第2章 阴极材料的制备及实验方法

2.1 阴极材料的制备

2.2 实验测试方法

第3章 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ高温物性及电导弛豫的研究

3.1 概述

3.2 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ样品制备和成相分析

3.3 滴定

3.4 热膨胀性质

3.5 电导率性质

3.6 电导弛豫

3.7 本章小结

第4章 Sm0.5Sr0.5CoO3-δ高温物性及电导弛豫的研究

4.1 概述

4.2 Sm0.5Sr0.5CoO3-δ样品的制备及成相分析

4.3 滴定结果

4.4 热膨胀性质

4.5 电导率性质

4.6 电导弛豫

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢