隨著當(dāng)今的社會(huì)的快速發(fā)展,對(duì)于能源的需求大大增加。這就需要我們尋求清潔、高效和可持續(xù)的電化學(xué)能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換設(shè)備,來(lái)滿足社會(huì)的可持續(xù)增長(zhǎng)。例如金屬空氣電池,燃料電池以及電解池等裝置。但是,主導(dǎo)這些裝置的氧還原反應(yīng)（ORR）以及氧析出反應(yīng)（OER）的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程比較緩慢,限制了這類能源裝置的發(fā)展。這使得開發(fā)有效的雙功能催化劑成為這些電化學(xué)能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換技術(shù)的主要目標(biāo)。近年來(lái),雙鈣鈦礦體系材料由于其性能優(yōu)異、成本價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),收到了廣泛關(guān)注。本文是在雙鈣鈦礦材料GdBaCo₂O_5+δ（GBCO）的基礎(chǔ)上,以淬火和Sr摻雜方式對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理,從而提高GBCO氧電極的雙功能催化性能和催化穩(wěn)定性。本文使用固相法合成GBCO材料,并對(duì)其進(jìn)行700℃、800℃和900℃的淬火處理,得到GBCO700、GBCO800和GBCO900。使用旋轉(zhuǎn)圓盤電極（RDE）和電化學(xué)工作站對(duì)GBCO及淬火材料進(jìn)行ORR和OER催化性能及穩(wěn)定性等測(cè)試,并將GBCO和淬火材料應(yīng)用于固體氧化物燃料電池（SOFC）的氧電極進(jìn)行阻抗譜、極化曲線和穩(wěn)定性的測(cè)試。此外,還... 

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LnBaCo2O5+δ雙鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)示意圖[34]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文8絕緣材料(Teflon或聚醚醚酮)的內(nèi)部[37]，如圖1-2所示。使用旋轉(zhuǎn)圓盤電極系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試通常是在電解池中進(jìn)行的。使用旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)試與其他類型的三電極測(cè)試體系沒有實(shí)質(zhì)性區(qū)別，不同之處在于，使用旋轉(zhuǎn)圓盤電極可以設(shè)置不同的旋轉(zhuǎn)速率，可以分析電流對(duì)旋轉(zhuǎn)速率的依賴性。為了提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，必須保持旋轉(zhuǎn)平面的水平狀態(tài)，并保證足夠大的空間，以便自然對(duì)流剖面保持不受干擾，沒有湍流或渦旋發(fā)生。同時(shí)，避免溶液在絕緣罩和電極材料之間泄漏也很重要[39]。圖1-2旋轉(zhuǎn)圓盤電極的側(cè)面和平面示意圖旋轉(zhuǎn)圓盤電極表面的化學(xué)反應(yīng)涉及到氧的轉(zhuǎn)移、質(zhì)子的轉(zhuǎn)移以及有機(jī)化合物的氧化和還原等多種反應(yīng)[40]。Levich公式是理解旋轉(zhuǎn)圓盤電極反應(yīng)機(jī)理的重點(diǎn)，根據(jù)Levich公式[40,41,42]：Ik=0.62nFAD2/3ν-1/6ω1/2c(n是反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，F(xiàn)法拉第常數(shù)，A是電極的表面積，ν是溶液的運(yùn)動(dòng)粘度，c是物質(zhì)濃度，ω為旋轉(zhuǎn)的角頻率)，可見極限電流與轉(zhuǎn)速的平方根成正比。如果已知電極表面積A和轉(zhuǎn)移電子數(shù)n以及反應(yīng)物質(zhì)的總濃度c和電解質(zhì)溶液的運(yùn)動(dòng)粘度ν，則可以通過(guò)測(cè)量極限電流來(lái)確定反應(yīng)物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)D。因此，為了能夠利用Levich方程來(lái)確定擴(kuò)散系數(shù)，就需要明確極限電流與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。1.5固體氧化物燃料電池(SOFC)簡(jiǎn)介燃料電池將燃料氣體的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，并且不需要燃燒，是一種高效且清潔的裝置。與其他類型的燃料電池相比，固體氧化物燃料電池(SOFC)具有幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：(1)與其他類型的燃料電池相比，SOFC的電流密度和功率密度相對(duì)較高；(2)電解質(zhì)電阻率通�？梢院雎圆挥�(jì)，在大多數(shù)情況下，電池性能的損耗主要來(lái)自于陰極；(3)氫氣、甲烷和酒精均可直接用作燃料，而無(wú)需貴金屬作為催化劑；(4)SOFC是以

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文9研究。1.5.1SOFC的工作原理SOFC的主要是通過(guò)將電解質(zhì)與兩個(gè)不同的電極(陽(yáng)極和陰極)結(jié)合在一起組成的。多孔電極以三明治形式將固體電解質(zhì)夾在中間，如圖1-3[44]所示。在陰極側(cè)通過(guò)氧還原過(guò)程產(chǎn)生O2-，然后，氧離子通過(guò)固體電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極，實(shí)現(xiàn)燃料的氧化過(guò)程，產(chǎn)生電子。最后，電子流過(guò)外部導(dǎo)線，從而產(chǎn)生電能[45]。圖1-3固體氧化物燃料電池(SOFC)工作原理示意圖[44]首先，燃料在陽(yáng)極側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)。通過(guò)燃料的燃燒，使得在電解質(zhì)的一側(cè)，氧氣的濃度大大降低，濃度差使得氧離子可以脫離電解質(zhì)到達(dá)陽(yáng)極側(cè)，與被氧化的燃料反應(yīng)，并釋放出電子(e-)。此時(shí)電解質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)O2濃度梯度和大量的氧空位，該O2濃度梯度使得O2通過(guò)氧空位，從空氣側(cè)(或陰極)轉(zhuǎn)移到燃料側(cè)(或陽(yáng)極)。如果在陰極和陽(yáng)極之間存在電路連接，這導(dǎo)致電子可以從陽(yáng)極流向陰極，持續(xù)供應(yīng)電解質(zhì)中的O2-，使得O2-源源不斷的從陰極流向陽(yáng)極，保持總體的電荷平衡，并且將燃料燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[46]。具體反應(yīng)化學(xué)方程式如下：陽(yáng)極：燃料為H2：O2-+H2→H2O+OV+2e-(1-22)燃料為CO：O2-+CO→CO2+OV+2e-(1-23)陰極：O2+4e-+2OV→2OO(1-24)總反應(yīng)：燃料為H2：O2+2H2→2H2O(1-25)燃料為CO：O2+2CO→2CO2(1-26)其中，OV是氧空位，OO表示陰極或電解質(zhì)中的晶格氧。

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]氧含量對(duì)層狀鈷氧化物L(fēng)nBaCo2O5+δ（Ln=Nd,Gd）電磁學(xué)性質(zhì)的影響[D]. 王世洪.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



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