本文關鍵詞：靜電紡絲法制備SOFC復相陰極材料LSCF-GDC及其電化學性能研究

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【摘要】：固體氧化物燃料電池(SOFC)采用全固態(tài)陶瓷材料,是將燃料中的化學能轉(zhuǎn)化成為電能的一種裝置。具有生態(tài)友好、能量利用率高、安全性能良好、綠色環(huán)保和燃料來源廣泛等特點。發(fā)展中低溫(500～800℃)下工作的SOFC成為了近年來SOFC發(fā)展的方向。然而,阻抗增加、電極催化活性降低等問題,尤其體現(xiàn)在陰極方面。因此如何在保持高電催化活性的同時降低陰極的損耗成為目前SOFC的研究重點方向。鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ材料在擁有良好離子電子導電性的同時也具備低熱膨脹系數(shù),高電催化活性的優(yōu)點,是一種十分有前景的材料。另外,陰極內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特點也是決定陰極性能的關鍵,其中三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)狀的LSCF陰極具有比表面積大、孔隙率高、氣體通透性好的優(yōu)點。靜電紡絲法是一種利用聚合物溶液或熔體在強電場作用下被拉伸形成噴射流進行納米纖維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)紡絲加工的工藝。本研究采用有機物絡合溶膠一凝膠法制備了含多金屬離子的前驅(qū)液。通過靜電紡絲法制備了均一穩(wěn)定的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ纖維,并重點研究了PVP含量、電壓、噴絲距離、供料速率等工藝參數(shù)對靜電紡絲法制備LSCF納米纖維形貌的影響。通過TG-DTA、XRD、SEM、TEM等分析測試手段對制備的LSCF納米纖維的晶相、微觀形貌、元素組成、尺寸大小等進行表征,得出經(jīng)過800℃煅燒后LSCF纖維絲為單晶結(jié)構(gòu),形成了純鈣鈦礦晶相。將制備出來的纖維紡絲研磨后制備出陰極漿料,使用絲網(wǎng)印刷法涂覆在電解質(zhì)層上,制備出陰極對稱電池。為了減少陰極的極化阻抗,本文采用Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)浸漬纖維狀La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)制備了LSCF-GDC復相陰極材料,并以LSCF-GDC復相纖維為陰極,制備了陰極對稱電池(LSCF+GDC‖GDC‖LSCF+GDC)。LSCF-GDC復相陰極具有較好的電化學性能。在空氣氣氛和750℃工作溫度下,當GDC與LSCF質(zhì)量比分別為0：1、0.17：1、0.38：1、0.54：1時,復相陰極的阻抗分別為0.64 Ω·cm2、 0.42 Ω·cm2、0.27Ω·cm2、0.38Ω·cm2。再進一步制備出GDC纖維,并將其與LSCF纖維復合制備成陰極。在750℃時,質(zhì)量分數(shù)為10%、20%、30%的GDC纖維與LSCF纖維均勻混合時極化阻抗分別為0.53、0.33、0.73Ω·cm2。在750℃下,純LSCF陰極、浸漬含量為38%GDC的LSCF陰極、LSCF-20GDC復合纖維陰極制備的單電池(NiO+YSZ‖YSZ‖LSCF)和(NiO+YSZ‖YSZ‖LSCF+GDC)的功率密度分別為0.56 wcm-2、0.81 wcm-2及0.68wcm-2。
【學位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4;O646

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