固體氧化物燃料電池（SOFCs）因其出色的法拉第效率,極低的環(huán)境污染以及強(qiáng)大的燃料適應(yīng)性而受到研究人員的廣泛關(guān)注。然而,因高工作溫度（¹000°C）所引起的材料性能退化和密封之類的問題的存在,使傳統(tǒng)的SOFC的商業(yè)化受到了極大的阻礙。研究人員為降低SOFC工作溫度做出了許多努力,其中一個(gè)有效且極具吸引力的方法是開發(fā)質(zhì)子傳導(dǎo)型的SOFCs（H⁺–SOFCs）。與傳統(tǒng)的氧離子傳導(dǎo)型SOFCs(O^2-–SOFCs)相比,質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)在500°C–700°C之間具有較高的離子電導(dǎo)率和較低的活化能,因此質(zhì)子傳導(dǎo)型的SOFCs（H⁺–SOFCs）更適合實(shí)際應(yīng)用。此外,H⁺–SOFCs在運(yùn)行時(shí)會(huì)在電池的陰極側(cè)形成水,這有助于實(shí)現(xiàn)高燃料利用率和令人滿意的能斯特電動(dòng)勢(shì)。本論文主要圍繞H⁺–SOFCs的電解質(zhì)材料和三重導(dǎo)電陰極材料兩方面展開研究。第一章,簡(jiǎn)要介紹了SOFC的發(fā)展背景、工作原理以及各組成部分,并圍繞H⁺–SOFCs的電解質(zhì)材料和陰極材料的... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

O2-SOFC工作原理示意圖[1]

第一章緒論5圖1.2H+–SOFC和O2–SOFC工作原理示意圖[2]1.3.1質(zhì)子導(dǎo)體型固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料電解質(zhì)作為SOFC單電池的關(guān)鍵組成部分，它的離子電導(dǎo)率的高低不但能直接決定整個(gè)SOFC單電池運(yùn)行溫度的高低，而且還決定著與之相匹配的電極材料的選擇。自1981年Iwahara等人[3-5]首次報(bào)道了摻雜SrCeO3和BaCeO3等氧化物在水蒸氣或濕H2氣氛下呈現(xiàn)出一定程度的質(zhì)子導(dǎo)電性，緊接著更多的同類型的具有質(zhì)子導(dǎo)電性的摻雜氧化物CaZrO3、SrZrO3、BaZrO3、KTaO3和LnScO3(Ln=La、Nd、Sm、Gd)等如雨后春筍般被相繼報(bào)導(dǎo)。質(zhì)子能夠在這些摻雜鈣鈦礦氧化物中傳導(dǎo)的一個(gè)前提條件是氧化物中有晶格氧空位的存在，通過在高溫下快速吸收水蒸氣或H2進(jìn)而生成質(zhì)子缺陷。與氧離子導(dǎo)體相比，質(zhì)子導(dǎo)體在中低溫下通常具有更高的電導(dǎo)率，并且質(zhì)子在氧化物中的擴(kuò)散活化能相對(duì)較低，這有助于中低溫SOFC的開發(fā)。另外，高溫燃料電池所面臨的諸如熱膨脹匹配性、密封材料熱穩(wěn)定性、材料強(qiáng)度和壽命等問題可以得到有效抑制。在H+–SOFC電解質(zhì)材料體系中，目前研究最多的是BaCeO3基和BaZrO3基系列。BaCeO3基的鈣鈦礦氧化物具有較高的質(zhì)子電導(dǎo)率（在600°C下≥10-2Scm-1），材料的可燒結(jié)性也相對(duì)較高。然而，這類材料通常存在化學(xué)穩(wěn)定性較差的問題，與CO2等酸性氣體極易反應(yīng)生成BaCO3和CeO等二次相，同時(shí)也易與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化物。然而，在H+–SOFC實(shí)際工作環(huán)境下，CO2和H2O的生成實(shí)在是不可避免，這無疑會(huì)加速BaCeO3的分解，嚴(yán)重阻礙BaCeO3

第二章兩種不同ZnO添加策略對(duì)質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)BaZr0.4Ce0.4Y0.2O3-δ燒結(jié)性的影響13BaO的蒸發(fā)有關(guān)（圖2.2b）[34]。此外，BZCY–ZnO樣品中Zn的均勻分布表明Zn可以溶解在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的B位或存在于間隙位置[38]。圖2.11250°C和1350°C燒結(jié)下的樣品的XRD圖譜：(a)–(b)BZCYZn；(c)–(d)BZCY–ZnO


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