Ln2-xSr xNiO4(Ln=Nd,La)纳米复合纤维的制备及高温电化学性质研究

摘要

Ni系K2NiF4结构氧化物具有良好催化活性和高温结构稳定性，以及较高的氧扩散系数和表面交换系数，与电解质CGO有良好的热匹配性，是良好的固体氧化物燃料电池阴极材料。
　　 本论文利用静电纺丝法制备La1.6Sr0.4NiO4纳米纤维，并采用XRD、IR、TG-DTA、SEM、TEM等测试手段对材料进行了全面的表征，利用Auto-lab电化学工作站测试了材料电化学性能。研究发现当无机盐质量浓度为8％时纤维电极阻抗值最小，750℃为0.59ohm.cm2;阴极反应控制步骤为电极上的电荷迁移过程。当无机盐浓度为6.5％时纤维阻抗值为0.63ohm.cm2，纤维形貌呈现特殊的“竹节”状，该形貌尚未有人报道。为了改善其阴极电催化性能，我们对浓度6.5％纳米纤维进行Ag和CGO的复合纺丝，结果表明5wt％Ag复合纤维的性能最佳，750℃的极化阻抗值为0.19ohm.cm2。
　　 利用相同的合成与表征方法对Nd2NiO4纳米纤维进行合成与物相表征。电化学测试发现无机盐浓度为8％的纤维电极性能最佳，750℃的阻抗值为0.33ohm.cm2，阴极反应速率控制步骤为电极上的电荷迁移过程。对于Nd2NiO4-CGO纳米复合纤维，CGO含量为5％的电极性能最佳，750℃的阻抗值为0.54ohm.cm2。对于锶掺杂的Nd2-xSrxNdO4纳米纤维，实验表明Nd1.6Sr0.4NiO4的电极性能最佳，750℃时电极极化电阻为0.42ohm.cm2，700℃的电流密度最大值达到61mA·cm-2，电极过电位为86mV。

目录

摘要

第1章 文献综述

1．1 固体氧化物燃料电池概述

1．1．1 固体氧化物燃料电池简介

1．1．2 固体氧化物燃料电池工作原理

1．2 固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

1．2．1 固体氧化物燃料电池阴极反应机理

1．2．2 固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展

1．3 纳米纤维在能源材料方面的应用

1．4 静电纺丝法制备纳米纤维材料及其应用

1．4．1 静电纺丝简介

1．4．2 静电纺丝法制备纤维材料在能源方面应用

1．5 选题依据

第2章 实验部分

2．1 化学试剂

2．2 主要实验仪器

2．3 氧化物纳米纤维及阴极的制备

2．3．1 氧化物纳米纤维的制备

2．3．2 电极的制备

2．4 材料表征与电化学测试

2．4．1 X射线衍射分析

2．4．2 氧化物纳米纤维及电极微观形貌分析

2．4．3 热重分析(TG-DTA)

2．4．4 电化学表征

第3章 La1．6Sr0．4NiO4复合纤维的形貌调控及电化学性质研究

3．1 La1．6Sr0．4NiO4纳米纤维的表征

3．1．1 La1．6Sr0．4NiO4纳米纤维的热重-差热测试(TG-DTA)

3．1．2 X射线(XRD)分析

3．1．3 阴极材料红外光谱分析

3．2 La1．6Sr0．4NiO4纳米纤维微观形貌的调控

3．2．1 无机盐浓度的影响

3．2．2 烧结温度对纤维形貌的影响

3．3 La1．6Sr0．4NiO4纳米纤维电极的电化学测试

3．3．1 烧结条件对阴极微观形貌的影响

3．3．2 纤维电极的阻抗谱测试

3．3．3 纤维电极的反应机理分析

3．3．4 阴极极化性能测试

3．4 La1．6Sr0．4NiO4-Ag(LSN-Ag)复合阴极的制备

3．5 La1．6Sr0．4NiO4-Ag纳米复合纤维的物相表征

3．6 La1．6Sr0．4NiO4-Ag纳米复合纤维的电化学测试

3．6．1 复合纤维电极的阻抗谱测试

3．6．2 烧结温度对阴极微观形貌的影响

3．6．3 La1．6Sr0．4NiO4-Ag纳米复合纤维阴极反应动力学分析

3．6．4 La1．6Sr0．4NiO4-Ag纳米复合纤维阴极极化性能研究

3．7 La1．6Sr0．4NiO4-CGO(LSN-CGO)复合纤维的制备

3．8 La1．6Sr0．4NiO4-CGO纳米复合纤维的物相表征

3．9 La1．6Sr0．4NiO4-CGO纳米复合纤维的电化学测试

3．9．1 纳米纤维阻抗谱测试

3．9．2 La1．6Sr0．4NiO4-CGO纳米纤维阴极烧结条件考察

3．9．3 La1．6Sr0．4NiO4-CGO纳米复合纤维阴极反应动力学分析

3．9．4 La1．6Sr0．4NiO4-CGO纳米复合纤维阴极极化性能研究

3．10 本章总结

第4章 Nd2NiO4及CGO复合纳米纤维的形貌调控及电化学性质研究

4．1 Nd2NiO4纳米纤维的合成

4．2 Nd2NiO4纳米纤维的表征

4．2．1 TG-DTA分析

4．2．2 X射线分析

4．3 浓度对Nd2NiO4纳米纤维的影响

4．4 Nd2NiO4纳米纤维电极电化学性能测试

4．4．1 不同浓度的Nd2NiO4纳米纤维阻抗性能测试

4．4．2 烧结温度对Nd2NiO4纳米纤维电极性能的影响

4．4．3 阴极反应机理的分析

4．4．4 阴极极化性能测试与分析

4．5 Nd2NiO4-CGO复合阴极的制备及XRD检测

4．6 CGO浓度对纳米复合纤维形貌的影响

4．7 Nd2NiO4-CGO纳米复合纤维阴极电化学性能测试

4．7．1 纳米纤维阻抗测试

4．7．2 阴极氧化还原机理分析

4．7．3 阴极极化性能研究

4．8 本章小结

第5章 Nd2-xSrxNiO4纳米复合纤维阴极的制备与性能研究

5．1 Nd2-xSrxNiO4纳米复合纤维的制备

5．2 Nd2-xSrxNiO4纳米复合纤维XRD分析

5．3 锶掺杂对纳米纤维形貌的影响

5．4 Nd2-xSrxNiO4纳米复合纤维电化学性能测试

5．4．1 复合纤维阻抗性能表征

5．4．2 阴极反应机理的分析

5．4．3 Nd1． 6Sr0．4NiO4阴极极化性能测试

5．5 本章小节

结论

参考文献

致谢

声明