掺杂钛酸锶SOFC阳极材料的制备与电性能研究

摘要

掺杂钛酸锶材料由于其具有混合离子一电子电导且对碳氢燃料有良好的催化性能而被认为具有作为新型SOFC阳极材料潜在的应用价值.本文对掺杂钛酸锶新型SOFC阳极材料的制备和电学性能进行了研究,探讨了其作为新型阳极材料的可行性. 对Y<,2>O<,3>掺杂钛酸锶Sr<,1-1.5x>Y<,x>TiO<,3>(x=0.01、0.02、0.03、0.04、0.05)和La203掺杂钛酸锶Sr<,1-1.5x>La<,x>TiO<,3>(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)的预合成和烧结工艺进行了研究.通过DSC-TG分析粉料的预合成制度；通过XRD分析了1100℃下预合成后粉料的晶体结构为典型的钙钛矿结构；根据DIL分析确定不同物质掺杂钛酸锶的最佳烧结温度,采用排水法测定了试样的烧结密度；1400℃烧结的Y<,2>O<,3>掺杂钛酸锶的试样密度达到理论密度的93﹪以上,1600℃烧结的La<,2>O<,3>掺杂钛酸锶试样的密度达到理论密度的94﹪以上. 对掺杂钛酸锶的电学性能进行了研究,Y<,2>O<,3>和La<,2>O<,3>掺杂钛酸锶的电导率均随掺杂量的增加而出现最大值,随测试温度的增加而降低,其中,1400℃烧结的Y<,2>O<,3>掺杂钛酸锶电导率高于1450℃下烧结的试样电导率,当钛酸锶中Y<,2>O<,3>的掺杂量为0.04mol时,800℃电导率达到最大为26.3S/cm；1600℃下烧结La<,2>O<,3>掺杂钛酸锶的电导率高于Y<,2>O<,3>的电导率,且当钛酸锶中La<,2>O<,3>掺杂量为0.15mol时其电导率在800℃最高为103.5S/cm.对掺杂钛酸锶材料和电解质YSZ在1400℃下共烧没有发生化学反应,表现出良好的化学相容性. 为优化阳极材料的电学性能,对Y<,2>O<,3>、Co<,3>O<,4>和La<,2>O<,3>、Co<,3>O<,4>复合掺杂钛酸锶材料的电学性能进行了尝试性研究,但是复合掺杂产生了缺陷缔合而不利于电导率的提高.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章文献综述

1.1前言

1.2固体氧化物燃料电池的类型及工作原理

1.2.1氧离子传导型SOFC

1.2.2质子传导型SOFC

1.2.3质子-氧离子共传导型SOFC

1.3 SOFC国内外研究现状

1.4 SOFC关键材料的概述

1.4.1 SOFC电解质材料

1.4.2 SOFC阴极材料

1.4.3 SOFC阳极材料的基本要求

1.5钛酸锶材料的掺杂机理

1.6本课题的提出和研究意义

第二章实验过程与研究方案

2.1实验目的

2.2研究方案

2.2.1配方的选择

2.2.2粉料的制备

2.2.3样品的制备

2.3研究方法及分析手段

2.3.1热重差热分析

2.3.2相分析

2.3.3热膨胀分析

2.3.4显微结构分析

2.3.5试样烧结气孔率和密度的测试

2.3.6电性能测试

第三章实验结果与讨论

3.1 Y2O3掺杂钛酸锶阳极材料的研究

3.1.1粉末制备过程中的分析与讨论

3.1.2试样烧结温度讨论

3.1.3掺杂量电导率的影响

3.1.4烧结温度对电导率的影响

3.1.5测试温度对电导率的影响

3.1.6显微结构分析

3.2 La2O3掺杂钛酸锶阳极材料的研究

3.2.1粉末制备过程中的分析与讨论

3.2.2试样烧结温度讨论

3.2.3掺杂量对电导率的影响

3.2.4测试温度对电导率的影响

3.2.5与电解质的相容性分析

3.2.6显微结构分析

3.3复合掺杂对钛酸锶电导率的影响

第四章结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况说明

致谢