静电纺丝法制备SOFC阴极材料La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ纳米纤维及其电化学性能研究

摘要

目前，中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)是研究的热点。IT-SOFC的性能损耗主要由阴极的极化引起，因此，降低阴极极化对推动IT-SOFC发展十分重要。钙钛矿结构La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)在中低温具有良好的离子电子混合导电性，较低的热膨胀系数，较高的电催化活性，是很有发展前景的IT-SOFC阴极材料。阴极的结构也是决定阴极性能的关键。纳米纤维网络结构的阴极具有传导离子和电子的连续路径、高的电催化活性、良好的气体渗透性，因此能很大程度上提高阴极性能。
　　静电纺丝法是一种制备纳米纤维的简单易行的方法。本文采用静电纺丝法制备LSCF纳米纤维，并研究LSCF纳米纤维网络结构阴极的电化学性能。
　　研究了PVP含量、电压、固化距离和供料速率等工艺参数对静电纺丝法制备LSCF纤维的影响，得到最佳的制备工艺：PVP含量2.5~2.9wt％、电压12~16kV、固化距离11~15cm、供料速率0.5~0.7ml/h。
　　采用TG-DTA、XRD、SEM、EDS、TEM等测试手段对LSCF纳米纤维的晶相、元素组成、显微结构等进行表征。800℃煅烧的纳米纤维为钙钛矿结构LSCF，纳米纤维中只含有La、Sr、Co、Fe和O元素，纤维直径约130nm，长度分布为3~20μm。
　　LSCF纳米纤维网络结构阴极具有良好的电化学性能。在600℃、650℃、700℃和750℃时， LSCF纳米纤维网络结构阴极的极化阻抗分别是0.746Ω·cm2、0.517Ω·cm2、0.206Ω·cm2和0.106Ω·cm2。在650℃和700℃时，以氢气为燃料、空气为氧化剂，具有LSCF纳米纤维网络结构阴极的单电池(Ni+GDC(gadolinia-doped ceria)║GDC║LSCF)最大功率密度分别是0.76W·cm-2和1.04W·cm-2；在650℃和700℃时，以 LSCF纳米纤维与20wt%GDC粉体构建阴极的单电池(Ni+GDC║GDC║LSCF+GDC)的最大功率密度分别是0.88W·cm-2和1.20W·cm-2。

目录

声明

1 文献综述

1.1 燃料电池

1.2 固体氧化物燃料电池

1.3 SOFC阴极材料的研究进展

1.4静电纺丝法制备无机纳米纤维

1.5 本论文的研究意义和主要工作

2 实验原料及测试方法

2.1实验原料

2.2实验仪器

2.3分析测试

3 静电纺丝过程影响因素的研究

3.1实验过程

3.2结果与讨论

3.3本章小结

4 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ纳米纤维的制备与表征

4.1实验过程

4.2结果与讨论

4.3 本章小结

5 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ纳米纤维电化学性能研究

5.1实验过程

5.2结果与讨论

5.3 本章小结

6 结 论

7 展 望

致谢

参考文献