固体氧化物燃料电池电解质与阳极材料制备与表征

摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型的全固态能量转化装置，具有能量转换率高、环境污染小、燃料的适应性强、造价相对较低等优点。SOFC的发展历史、基本结构、工作原理、关键材料等会在论文第一章进行简介。传统的SOFC工作温度一般在1000℃，如此高温会导致连接、密封材料选择困难和较高成本。降低操作温度，使SOFC能在600℃，甚至以下的温度下运行，会大大减少SOFC的成本，有利于实现SOFC的商业化。但是工作温度的降低，会造成电极活性的降低，产生较高的电极极化阻抗。本论文着重于降低电极极化阻抗，研究了电解质表面微结构对阴极极化影响和复合阳极的电化学性能。
　　1.电解质表面微结构对SOFC阴极极化电阻的影响在固体氧化物燃料电池(SOFC)中，电解质对阴极界面极化电阻(Rc)有着显著影响。第二章以Sm0.2Ce0.8O2-δ(SDC)为例，研究电解质表面微结构，即晶粒大小和晶界长度对Rc的影响。通过改变烧结温度和时间，制备出具有不同晶粒尺寸和晶界密度的电解质。以丝网印刷法制备对称电池，电极为典型的SOFC阴极，即锰酸锶镧(LSM)和镧锶钴铁(LSCF)。无论是纯电子导体的LSM还是混合导体LSCF，其Rc都受到电解质微结构的明显影响，并随着晶粒尺寸的减小，晶界密度的增加成降低趋势。此外，对于LSM电极，晶界密度的增加，促进了阴极反应的氧离子传导过程。
　　2.Sr2Fe1.5Mo0.5O6-x(SFM)-Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)复合阳极制备与表征Sr2 Fe1.5 Mo0.5O6-x(SFM)这种双钙钛矿材料在中高温下具有很多优良性能，包括较高的电导率，足够的催化活性，抗硫性和抗积碳性等。但在中低温，由于SFM的离子电导率很低，使其反应活性很低。在SFM中加入离子导电相，构成复合阳极，可以有效地提高其反应活性，从而提高阳极性能。Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)在中温下具有较好的离子电导，且其本身是很好的催化剂，因此向SFM中加入SDC，可能提高其电化学性能。第三章研究SDC加入SFM，构成复合阳极SFM-SDC并研究其电化学性能。