固體氧化物燃料電池（SOFC）是能以最高效率從燃料中發(fā)電的裝置。然而,傳統(tǒng)的SOFC由于過(guò)高的操作溫度（1000℃）會(huì)造成成本高、電池工作一段時(shí)間后性能嚴(yán)重下降等問(wèn)題,無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為解決以上問(wèn)題,可降低操作溫度。但溫度降低卻會(huì)導(dǎo)致電池陰極的極化電阻顯著增大,從而嚴(yán)重限制其輸出性能。故減小陰極的極化損失以改進(jìn)陰極性能是時(shí)下研究熱點(diǎn)之一。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳酸鑭被鍶摻雜后所形成的鑭鍶錳(La_1-x-x Sr_xMnO₃,LSM)陰極材料,僅僅在高溫（800-1000℃）下工作時(shí),才能實(shí)現(xiàn)高催化活性、高電子電導(dǎo)率及良好化學(xué)穩(wěn)定性。中溫固體氧化物燃料電池（IT-SOFC）會(huì)很大地限制LSM的應(yīng)用,這是由于中溫（600-800℃）條件下LSM的氧離子電導(dǎo)率低以及反應(yīng)的活化能高。本文依據(jù)當(dāng)前關(guān)于SOFC的熱點(diǎn)展開(kāi)了探索。在中溫條件下,基于增大LSM的離子電導(dǎo)率,并降低其極化電阻的想法,改進(jìn)現(xiàn)有陰極材料LSM,將復(fù)合電解質(zhì)材料SDC-CuO與LSM相結(jié)合,制備了復(fù)合陰極材料LSM/SDC-CuO并相應(yīng)的單電池。本文的研究工作如下:（1）本... 

【文章來(lái)源】：沈陽(yáng)師范大學(xué)遼寧省

【文章頁(yè)數(shù)】：39 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

SOFC工作原理圖

物中摻雜的離子與主體離子的半徑比值約為1.05，且t≈0.96時(shí)，離子導(dǎo)電性最佳[31]。大量研究者已經(jīng)驗(yàn)證出了材料的傳導(dǎo)率主要受A位元素的影響、B位元素的性質(zhì)主要影響著陰極材料的催化活性。對(duì)A位或B位進(jìn)行摻雜后，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生更多的有助于氧催化還原反應(yīng)進(jìn)行的傳輸氧離子的氧空位，使陰極材料的離子導(dǎo)電性增強(qiáng)。同時(shí)為了確保整個(gè)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的電中性而新生成電子空穴來(lái)幫助電子運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而提高材料相應(yīng)的電子電導(dǎo)率，使得簡(jiǎn)單的ABO3型鈣鈦礦氧化物通過(guò)A位、B位元素?fù)诫s后具有優(yōu)良的離子-電子混合導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[32]。圖1-2ABO3型鈣鈦礦氧化物結(jié)構(gòu)示意圖（二）LSM陰極材料的研究進(jìn)展經(jīng)典的鈣鈦礦材料中，鑭錳礦（LaMnO3）和鍶摻雜而成的鑭鍶錳（LaxSr1-xMnO3-δ，LSM）因其高溫下的良好性能成為陰極材料的首眩LSM具有很高的電子傳導(dǎo)性（在1000℃時(shí)約為180Scm-1），出色的催化性能以及高的熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和與其他電池組件的相容性。此外，LSM與氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）和釤摻雜的二氧化鈰（SDC）等電解質(zhì)材料熱化學(xué)兼容，但LSM的低離子電導(dǎo)率限制了其在高溫SOFC中的應(yīng)用。同時(shí)出于成本及電池壽命等各方面因素的考慮，高溫條件已不利于SOFC的發(fā)展。Jiang等研究發(fā)現(xiàn)，900℃時(shí)LSM的界面阻抗值僅為0.39Ωcm2，降溫到700℃時(shí)，它的界面阻抗比在900℃時(shí)增大了100倍以上，達(dá)到了55.7Ωcm2，這說(shuō)明隨著工作溫度的降低，LSM的極化電阻迅速增大，因此將溫度降低至中溫區(qū)（600-800℃）會(huì)極大地降低LSM陰極的性能[33-35]。為了改善LSM陰極的性能，通常添加離子導(dǎo)電材料以形成雙相復(fù)合物，擴(kuò)大氧還原反應(yīng)的三相界面（TPB），并將電化學(xué)反應(yīng)從電極/電解質(zhì)界面處延伸到了整個(gè)陰極區(qū)域，同時(shí)降低了陰極的極化電阻。通常將具有較高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)材

中溫固體氧化物燃料電池鑭鍶錳基陰極性能優(yōu)化研究19溫度的SDC樣品的電導(dǎo)率，這是因?yàn)閺膱D中可以觀察到，SDC-0.5mol%CuO的阻抗比在三種溫度（1250℃、1300℃和1400℃）下燒結(jié)而成的SDC的阻抗都要低。圖3-11250℃、1300℃和1400℃下燒結(jié)的SDC和1000℃燒結(jié)的SDC-0.5mol%CuO、SDC-1mol%CuO、SDC-2mol%CuO和SDC-3mol%CuO的交流阻抗譜

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]微納米結(jié)構(gòu)SOFC復(fù)合陰極的構(gòu)筑及其表征[D]. 李娟.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[2]CeO2基電解質(zhì)的電性能研究及在中溫固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用[D]. 嚴(yán)端廷.吉林大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3573923