Al2O3电解质新型结构SOFC制备及性能研究

摘要

本文主要研究了以A l2 O3为电解质的新型结构低温固体氧化物燃料电池.分别以三种不同结构的氧化铝(α-Al2 O3、β-Al2 O3和含有一定γ相的α-Al2 O3)为电解质制备了结构为:泡沫镍-Ni0.8 Co0.15 Al0.05 LiO2(NCAL)/Al2 O3/NCAL-泡沫镍的SOFC,并在H2燃料中测试了电化学性能.研究发现三种电池开路电压和最大输出功率密度都有明显差异.α-Al2 O3、β-Al2 O3和含有一定γ相的α-Al2 O3电解质电池在550℃下H2/air气氛中的开路电压分别为:1.057 V、0.415 V和0.945 V;三种电池的最大功率密度分别为173.44 mW·m-2、3.76 mW·m-2和99.11 mW·m-2.交流阻抗谱结果显示α-Al2 O3的离子电导率最高,为0.17 S·cm-1.通过Ce0.9 Gd0.1 O2(GDC)/Al2 O3双层电解质电池的离子过滤实验发现A l2 O3电解质中的载流子包含氧离子.对不同结构A l2 O3粉体材料及其在电池中电化学性能测试前后表面氧元素的结合能的XPS表征结果研究发现:不同结构的A l2 O3的离子电导率大小跟其表面氧空位浓度有关,氧空位浓度越大,离子电导率越高.Al2 O3的表面氧空位浓度在氢气通入后也会显著增加.界面氧离子传导应该是这种以氧化铝为电解质的新型结构SOFC的氧离子传导机理.