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镧掺杂钛酸锶的制备及其在SOFC连接体中的应用

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1绪论

1.1燃料电池与固体氧化物燃料电池简介( Introduction of Fuel Cell and Solid Oxide Fuel Cell)

1.2 SOFC的结构样式与工艺部件(Structures and Components of SOFC)

1.3 SOFC连接体概述与研究现状(Introduction and Research Status of SOFC Interconnect)

1.4 本文研究的背景意义及主要内容(The Background, Significance and Content of the Research)

2 实验部分

2.1 实验设备与药品(Experimental Equipments and Chemicals)

2.2材料性能的表征与测试方法( Methods of Characterization to Material Performance)

3连接体材料的合成及Ni/YSZ阳极制备

3.1 引言(Foreword)

3.2 连接体材料的合成(Preparation of Interconnect Material)

4连接体材料的性能表征

4.1连接体材料的相对致密度的表征(Relative Density of Interconnect Material)

4.2连接体材料的电导率表征(Conductivity Characterization of Interconnect Material)

4.3连接体材料LST和LSM的热膨胀系数表征(TEC Characterization of Interconnect Material LST and LSM)

4.4连接体材料La0.3Sr0.7TiO3 与La0.8Sr0.2MnO3样品的化学相容性的表征( Chemical Compatibility Characterization of Interconnect Material La0.3Sr0.7TiO3 and La0.8Sr0.2MnO3)

4.5 本章小结(Summary)

5 Ni/YSZ-LST的共烧情况及其电化学性能表征

5.1不同温度下的阳极与LST共烧情况考察(Co-sintering Situation of Ni/YSZ-LST at Different Temperatures)

5.2浆料涂覆法和浸渍法对LST层厚度的影响(Effect of Slurry Coating Method and Dip-molding Method to the Thickness of LST Layer)

5.3阳极与LST-LSM三层的共烧情况考察(Co-sintering Situation of Anode and LST-LSM Three Layers)

5.4阳极与LST的共烧体的交流阻抗表征(AC Impedance of Anode and LST Co-sintered)

5.5 LST应用在SOFC连接体中的可行性分析(Analysis of LST Applying in SOFC Interconnect)

5.6本章小结(Summary)

6总结与展望

6.1总结(The Conclusions)

6.2 创新点(Innovation Point)

6.3后续工作与展望(Follow-works and Prospect)

参考文献

作者简历

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摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新兴的能源技术。现在影响SOFC商业化的原因主要是其成本过高,其中连接体的制备成本占了一半以上。优化连接体材料的性能和制备工艺对于SOFC的商业化发展有着重要的意义。
  目前,SOFC连接体材料主要有高温耐热合金和LaCrO3基陶瓷材料。这两者都存在各自的优缺点。本文将对镧掺杂钛酸锶材料(LST)应用在SOFC连接体上的可行性进行研究考察。
  本文主要用固相法和溶胶凝胶法合成了LaxSr1-xTiO3(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)样品,通过分析XRD图谱和样品在还原环境中烧结(石墨埋烧法)的相对致密度发现当x在0.3以上时,不能获得很好的峰形,并且不容易烧结致密。由于LST是n型半导体,电导率会随着La的掺杂量的增加有最大值,因此选择La0.3Sr0.7TiO3作为LST-LSM双层连接体的材料并进行相关性能的考察。
  通过扫描电镜和电化学工作站分析发现,LST材料在石墨埋烧下烧结的相对致密度在94%以上、H2和N2气氛下电导率分别在10 S?cm-1左右和6 S?cm-1左右;在空气中烧结的LST样品的相对致密度在94%以上,H2下电导率分别在2 S?cm-1以下;空气中烧结的LSM样品的相对致密度在94%以上,空气中电导率在140 S?cm-1以上;La0.3Sr0.7TiO3的平均热膨胀系数是13.10×10-6 K-1, LSM的是12.95×10-6 K-1,与SOFC其他部件材料YSZ很接近,保证了热匹配性;通过LST和LSM的化学相容性考察发现两者在1400℃高温下不会发生反应;对NiO/YSZ和LST在不同温度下的共烧结进行情况考察,发现NiO/YSZ阳极和LST-LSM三层结构在1350℃左右可以很好地烧结在一起得到,说明阳极和连接体可以通过廉价的共烧结工艺制备在一起;通过涂覆法和浸渍法制备了LST薄膜,厚度分别是67.13μm和28.39μm;LST和阳极在850℃下的交流阻抗为0.25Ω?cm2左右,与理论的要求很接近,但还需要进一步优化改善。
  通过对LST的合成方法、与阳极的共烧结情况的考察和相关性能的表征发现,LST材料有应用在高温管式SOFC连接体中的潜质。

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