本文關(guān)鍵詞：雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中溫固體氧化物燃料電池陰極材料摻雜改性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：開發(fā)在中溫區(qū)域內(nèi)(600-800 oC)具有高電化學(xué)活性的陰極材料是固體氧化物燃料(SOFC)電池實(shí)用化的關(guān)鍵。雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物L(fēng)nBaCo_2O_(5+δ)(Ln=鑭系元素)以其較高的電導(dǎo)率、優(yōu)異的氧傳輸性能和氧還原催化活性被普遍認(rèn)為是一類潛在的中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)陰極材料。本論文分別以雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陰極材料Pr Ba_(1-x) Fe_2O_(5+δ)、Pr Ba_(1-x) Co_2O_(5+δ)和PrBa_(1-x) CaxCo_2O_(5+δ)為研究對象,探討了鋇空位、K~+和Ca~(2+)對其理化特性及電化學(xué)行為的影響規(guī)律。本論文具體工作及相關(guān)結(jié)論如下:(1)采用溶膠-凝膠法制備了具有鋇空位的非鈷基雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料PrBa_(1-x) Fe_2O_(5+δ)(x=0.00-0.10,PB1-x F),研究了鋇空位對PB1-x F理化特性及電化學(xué)行為的影響機(jī)制。研究結(jié)果表明:PB1-x F材料鋇空位含量x的最大值為0.03,當(dāng)x≥0.05時會出現(xiàn)Pr6O11的雜相;鋇空位的引入會引起PB1-x F(x=0.00-0.03)中Fe離子平均價態(tài)的下降;在給定溫度下,PrBa0.97Fe_2O_(5+δ)與Pr BaFe_2O_(5+δ)相比具有更高的氧空位濃度;PB1-x F氧化物在300-800 oC范圍內(nèi)的電導(dǎo)率隨x的增加而下降,這可能與該過程中以形成氧空位為主要電荷補(bǔ)償方式有關(guān);PB1-x F氧化物30-900 oC的TEC值隨著x的增加而下降;適量鋇空位的引入會引起PB1-x F陰極比表面極化阻抗(ASR)的下降,表明鋇空位有利于材料氧催化還原活性的提高;Pr Ba0.97Fe_2O_(5+δ)在700 o C下測得的ASR值為0.119Ωcm2;以PrBa0.97Fe_2O_(5+δ)為陰極的單電池在800,750,700,650 oC下的最大功率密度分別為329,256,183,118 mWcm-2。(2)探究了材料制備過程中K~+對雙鈣鈦礦材料PrBa_(1-x) Co_2O_(5+δ)(x=0.00-0.10,PB1-x C)氧化物理化特性及電化學(xué)行為的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:通過在合成過程中引入K~+制備了A位陽離子缺位的PB1-x C氧化物;所制備的PB1-x C氧化物都呈現(xiàn)四方相結(jié)構(gòu)且屬于晶胞參數(shù)為2a≈2b≈c的Pmmm點(diǎn)群;K~+能夠有效提高雙鈣鈦礦材料中的陽離子空位濃度,增加該類材料中氧離子傳輸特性;K~+還會引起導(dǎo)致材料表層鈷離子的偏析,進(jìn)而導(dǎo)致材料表面與氧交換過程極化阻抗的顯著增加。(3)分析了Ca~(2+)對雙鈣鈦礦陰極材料PrBa_(1-x) CaxCo_2O_(5+δ)(x=0.00-0.50,PB1-x CaxC)理化特性及電化學(xué)行為的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:隨著x值的增大,PB1-x CaxC氧化物由四方相(x=0.00)逐漸向立方相(x=0.50)轉(zhuǎn)變,且當(dāng)x=0.10-0.30時,該氧化物是四方相與立方相共存的;Ca~(2+)的引入對材料在30~900 o C內(nèi)的TEC影響不大;PB1-x CaxC系列氧化物的電導(dǎo)率隨著x的增大而增大,這是由于氧化物材料向立方相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變使得其對稱性越來越高所致的;而其陰極極化阻抗則隨著x的增大而呈現(xiàn)先下降(x=0.00~0.30)后上升(x=0.30~0.50)的趨勢,其中當(dāng)x=0.30時,PrBa0.7Ca0.3Co_2O_(5+δ)具有最小的ASR值(0.034Ωcm2,700°C);因此PrBa0.7Ca0.3Co_2O_(5+δ)金屬氧化物是具有高氧還原催化活性的中溫SOFC陰極材料。
【關(guān)鍵詞】：固體氧化物燃料電池 雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物 陰極材料 電導(dǎo)率 表面化學(xué)態(tài) 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 燃料電池簡介11-13
• 1.1.1 燃料電池的發(fā)展歷程11-12
• 1.1.2 燃料電池的分類12-13
• 1.2 固體氧化物燃料電池概述13-15
• 1.2.1 SOFC的組成特點(diǎn)14-15
• 1.2.2 SOFC的工作原理15
• 1.3 SOFC的發(fā)展趨勢15-16
• 1.4 SOFC陰極材料研究進(jìn)展16-22
• 1.4.1 ABO_3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物陰極材料16-18
• 1.4.2 A_(n+1)B_nO_(3n+1)型類鈣鈦礦陰極材料18-19
• 1.4.3 LnBaCo_2O_(5+δ)型雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陰極材料19-22
• 1.5 本文的研究意義及研究內(nèi)容22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分23-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料和儀器23-24
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品23-24
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備24
• 2.2 材料制備與表征24-33
• 2.2.1 陰極粉體制備24-25
• 2.2.2 電解質(zhì)制備25-26
• 2.2.3 晶體結(jié)構(gòu)表征（XRD）26-27
• 2.2.4 組分表征（ICP）27
• 2.2.5 氧含量測試（碘滴定）27
• 2.2.6 表面化學(xué)態(tài)測試（XPS）27-28
• 2.2.7 熱重-差熱分析28
• 2.2.8 電導(dǎo)率測試28-29
• 2.2.9 熱膨脹分析29
• 2.2.10 比表面積及孔隙測試29-30
• 2.2.11 掃描電子顯微鏡測試（SEM）30
• 2.2.12 電化學(xué)極化阻抗測試30-31
• 2.2.13 單電池性能測試31-33
• 第三章 鋇空位對PrBa_(1-x)Fe_2O_(5+δ)陰極材料理化特性及電化學(xué)行為影響研究33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論34-45
• 3.2.1 相結(jié)構(gòu)34-35
• 3.2.2 X射線光電子能譜分析35-38
• 3.2.3 氧含量分析38-39
• 3.2.4 電導(dǎo)率39-40
• 3.2.5 熱膨脹行為40-41
• 3.2.6 與GDC電解質(zhì)化學(xué)相容性41-42
• 3.2.7 極化阻抗42-44
• 3.2.8 單電池性能44-45
• 3.3 結(jié)論45-46
• 第四章 K離子調(diào)控PrBa_(1-x)Co_2O_(5+δ)(x = 0.00 0.10) 理化特性及電化學(xué)行為研究46-60
• 4.1 前言46
• 4.2 結(jié)果與討論46-59
• 4.2.1 化學(xué)組成46-47
• 4.2.2 相結(jié)構(gòu)47-48
• 4.2.3 與GDC電解質(zhì)的化學(xué)相容性48-49
• 4.2.4 表面性能49-53
• 4.2.5 電化學(xué)性能53-59
• 4.3 結(jié)論59-60
• 第五章 Ca摻雜對PrBa_(1-x)Ca_xCo_2O_(5+δ)(x = 0.00-0.50)理化特性及電化學(xué)行為研究60-68
• 5.1 前言60
• 5.2 結(jié)果與討論60-67
• 5.2.1 相結(jié)構(gòu)與氧含量60-61
• 5.2.2 與GDC電解質(zhì)的化學(xué)相容性61-62
• 5.2.3 電導(dǎo)率62-63
• 5.2.4 熱膨脹行為63-64
• 5.2.5 電化學(xué)性能64-67
• 5.3 結(jié)論67-68
• 第六章 結(jié)論與展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-78
• 致謝78-79
• 碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況79

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本文編號：380233