固體氧化物燃料電池（SOFC）作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置,因其燃料選擇多樣,能量轉(zhuǎn)換效率高,可忽略的有毒氣體排放量而受到了廣泛的關(guān)注。燃料電池主要由三個部分組成:多孔的陽極和陰極以及致密的電解質(zhì)。根據(jù)電解質(zhì)傳導離子的類型,SOFC可以分為兩大類:氧離子型固體氧化物燃料電池（O-SOFC）和質(zhì)子型固體氧化物燃料電池（P-SOFC）。高工作溫度一直是限制固體氧化物燃料電池商業(yè)化的一大障礙,為了降低工作溫度,研究者們將目光投向了質(zhì)子型固體氧化物燃料電池,因為相對氧離子來說,質(zhì)子的尺寸要小得多,流動性更強。質(zhì)子導體的離子擴散活化能低于氧離子導體的離子擴散活化能,這也使得中低溫下質(zhì)子導體材料的電導率要大于氧離子導體材料的導電率。本文使用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,主要針對質(zhì)子型固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)和陰極材料做了以下兩方面的研究:（1）Y,Nd共摻雜BaZrO₃的水合反應(yīng)和質(zhì)子傳輸機理研究由于良好的可燒結(jié)性,優(yōu)異的質(zhì)子傳導性和較高的化學穩(wěn)定性,Y和Nd共摻雜的BaZrO₃（BZNY）被認為是潛在的用于質(zhì)子型固體氧化物燃料電池的新型電解質(zhì)。為了研... 

【文章來源】：山東師范大學山東省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）BZNY的晶體結(jié)構(gòu)示意圖（b）質(zhì)子缺陷的加入對周圍晶體結(jié)構(gòu)的影響

山東師范大學碩士學位論文10晶格參數(shù)（4.281）[34]。由于Y3+（0.900）和Nd3+（0.983）的離子半徑大于Zr4+（0.720），因此計算得到Nd單摻雜BZO（BZN）（4.298）和BZNY（4.285）的晶格參數(shù)大于BaZrO3的晶格參數(shù)。圖2.1（b）顯示了添加質(zhì)子缺陷后BZNY的晶格畸變。H原子附近的結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，表明質(zhì)子缺陷與主體晶格之間發(fā)生了強烈的相互作用。從添加質(zhì)子缺陷后BZNY的差分電荷密度圖（圖2.1（c））來看，可以看出在H和O之間存在電荷轉(zhuǎn)移，表明它們之間產(chǎn)生了鍵，具有相互作用。圖2.2（a）BZO、（b）BZY、（c）BZN和（d）BZNY的電子態(tài)密度。BZO、BZY、BZN、BZNY的電子態(tài)密度如圖2.2所示。由于Y和Nd均為三價，而Zr為四價，考慮到摻雜后的電荷守恒我們計算了缺氧狀態(tài)下BZY、

山東師范大學碩士學位論文12氧空位的超胞的能量，2oμ是O2的化學勢。為了進行比較分析，計算了包含Y單摻雜的BZO，Nd單摻雜的BZO和Y，Nd共摻雜的BZO在內(nèi)，不同結(jié)構(gòu)的氧空位形成能。計算中有五個需要考慮的氧位點。O1位點、O2位點、O3位點、O4位點如圖2.3所示，OFar位點是位于第二層，遠離摻雜原子的位點。BZN、BZY和BZNY的氧空位形成能分別在圖2.4中用紅色，綠色和藍色點表示。圖2.3BZNY超胞中四種不同的氧位點（O1位于Y和Nd之間，O2位于Y和Zr之間，O3位于Nd和Zr之間，O4位于Zr和Zr之間）。BZN中O1、O2、O3、O4、OFar位點的氧空位形成能依次為1.78eV、1.80eV、1.80eV、1.46eV、2.46eV；BZY中O1、O2、O3、O4、OFar位點的氧空位形成能依次為0.69eV、1.15eV、1.15eV、1.44eV、，2.02eV；BZNY中O1、O2、O3、O4、OFar位點的氧空位形成能依次為1.15eV、0.90eV、1.83eV、1.00eV，2.05eV。我們可以看到不管是BZN、BZY，還是BZNY，其氧空位形成能的最大值都出現(xiàn)在遠離摻雜離子的OFar位點，這表明，單摻雜和共摻


本文編號：3010022