SrCo1-xTaxO3-δ阴极及其与Pr6O11复合阴极的制备与电化学性能研究

摘要

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)是一种将化学能直接转换为电能的发电装置,以其高效率、低污染、低成本等特点备受关注.阴极材料是SOFC重要构件之一,能够增加氧还原反应的三相界面,提高电极的催化活性,开发具有高催化活性的阴极以提高SOFC的输出性能是人们一直追求的目标.本论文制备了Ta掺杂的SrCo1-xTaxO3-δ(SCTO)阴极材料并研究了其电化学性能.为进一步促进SCTO的电催化性能,制备了Pr6O11复合的SCTO-PO复合阴极材料,并研究了这种复合阴极材料的电化学性能及Pr6O11对阴极性能的影响.
　　本文采用固相法制备SrCo1-xTaxO3-δ(x=0-0.3)阴极材料.结果表明,SrCo1-xTaxO3-δ阴极粉体经过1100℃烧结10小时,形成单相的立方钙钛矿结构,并且随着Ta掺杂量的增加,晶胞体积逐渐变大.当Ta掺杂量为x=0.1,1050℃烧结4小时制成的半电池极化阻抗(Rp)最小,在800℃时Rp约为0.0499Ω·cm2,其电解质支撑的单电池在800℃时的阻抗为0.2704Ω·cm2,最大功率密度为259.34mW/cm2.
　　为了进一步提高SrCo0.9Ta0.1O3-δ(SCTO)阴极的催化活性,分别采用机械混合法和离子浸渍法将Pr6O11(PO)与SCTO复合,制得SCTO-PO复合阴极材料.结果表明,机械混合法制备的SCTO-PO复合阴极经过850℃烧结2小时,SrCo0.9Ta0.1O3-δ和Pr6O11没有发生化学反应,表示两者之间化学兼容性较好.而且,当Pr6O11的含量为30%时,SCTO-PO复合阴极的Rp最小,其在800℃时约为0.2061Ω·cm2,其电解质支撑的单电池的输出功率为440.65mW/cm2;而采用离子浸渍法制备的SCTO-PO复合阴极,具有更优的电化学性能.相应含量的Pr6O11的阴极,其Rp值仅为0.0113Ω·cm2其单电池的输出功率高达719.285mW/cm2.这比单相阴极SrCo0.9Ta0.1O3-δ的性能(Rp为0.4373Ω·cm2;单电池输出功率为259.34mW/cm2)提高很多,表明SCTO-PO复合材料是一种很有潜力的阴极材料.

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