本文關(guān)鍵詞：SOFC鑭摻雜鈦酸鍶陽(yáng)極材料制備及電極性能的研究

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【摘要】：能源日益枯竭,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,固體氧化物燃料電池(SOFC)—一種清潔高效的能源轉(zhuǎn)換裝置引起人們的廣泛重視。在實(shí)用性方面,SOFC也展現(xiàn)出強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用市場(chǎng),發(fā)展SOFC是大勢(shì)所趨。陽(yáng)極是SOFC的核心部件之一,基于三相界面理論,成功制備了LaxSr1-xTi O3-δ(LST)納米粉體陽(yáng)極、納米粉體基復(fù)合陽(yáng)極和納米纖維基復(fù)合陽(yáng)極,研究了材料的離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)和電極的微觀形貌對(duì)電極性能的影響。采用溶膠-凝膠法,研究制備固體氧化物燃料電池La0.3Sr0.7Ti O3-δ(LST37)陽(yáng)極材料。通過(guò)在LST37材料加入離子傳導(dǎo)相Gd0.2Ce0.8O1.9(GDC),制備了不同GDC復(fù)合量的LST37-GDC(LST37:GDC=1:0,0.8:0.2,0.6:0.4,0.4:0.6,0.2:0.8,0:1)復(fù)合電極,1000℃時(shí),相對(duì)應(yīng)LST37-GDC復(fù)合電極的極化阻抗Rp分別為13.34Ω,2.03Ω,0.95Ω,0.84Ω,0.49Ω和0.15Ω。GDC的加入提高了電極的離子傳導(dǎo)性,增大了三相界面的面積,進(jìn)而提高了電極的電化學(xué)性能,即離子電導(dǎo)率越高,電極性能越好�；谌苣z-凝膠法制備LST37材料的工藝條件,制備了不同La摻雜量的LaxSr1-xTi O3-δ(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,分別記作LST19,LST28,LST37,LST46,LST55)陽(yáng)極材料,1000℃時(shí),相對(duì)應(yīng)LST電極的極化阻抗Rp分別為23.14Ω,17.25Ω,13.79Ω,7.74Ω和21.53Ω。隨著La摻雜量的增加,LST的電極性能先上升后下降,當(dāng)La的摩爾摻雜量為0.4時(shí),LST的電極性能最好。結(jié)合已有研究報(bào)道的La的摻雜量對(duì)LST材料電子電導(dǎo)率的影響,并借助核磁的分析手段,對(duì)經(jīng)過(guò)高溫還原的LST材料進(jìn)行NMR測(cè)試,本文研究了La的摻雜對(duì)LST電子傳導(dǎo)性的影響規(guī)律,進(jìn)而得出材料電子電導(dǎo)對(duì)電極性能的影響規(guī)律:材料的電子電導(dǎo)率越高,材料的電極性能越好。通過(guò)NMR測(cè)試,也可初步佐證La摻雜LST結(jié)構(gòu)的電荷離域分布的電子傳導(dǎo)方式,這種傳導(dǎo)方式有助于提高材料的電子電導(dǎo),很有可能是導(dǎo)致LST46材料在還原氣氛下電化學(xué)性能最佳的關(guān)鍵因素�；诜垠w基LST37-GDC復(fù)合電極的研究,通過(guò)靜電紡絲的方法合成絲狀LST37材料,通過(guò)浸漬GDC制備纖維基LST37-GDC(LST37:GDC=1:0,0.847:0.153,0.708:0.292,分別記作LST37-si-0,LST37-si-0.153,LST37-si-0.292)復(fù)合電極,同時(shí)用溶膠-凝膠法制備LST37粉體材料,并通過(guò)與GDC復(fù)合制備粉體基LST37-GDC(LST37:GDC=1:0,0.847:0.153,0.708:0.292,分別記作LST37-fen-0,LST37-fen-0.153,LST37-fen-0.292)復(fù)合電極。1000℃時(shí),LST37-si-0,LST37-fen-0,LST37-si-0.153,LST37-fen-0.153,LST37-si-0.292和LST37-fen-0.292的極化阻抗Rp分別為18.11Ω,13.34Ω,3.26Ω,3.89Ω,0.67Ω和2.85Ω。纖維LST37電極的性能不如粉體LST37電極的性能,但隨著GDC復(fù)合量的增加,纖維基的復(fù)合陽(yáng)極電極性能越來(lái)越好并且優(yōu)于粉體基復(fù)合陽(yáng)極的性能。電極的結(jié)構(gòu)和形貌對(duì)電極性能有很大的影響,這是電極結(jié)構(gòu)、電極的孔隙率和電極材料之間的熱膨脹差異共同作用的結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：固體氧化物燃料電池 La_xSr_(1-x)TiO_(3-δ) 離子電導(dǎo) 電子電導(dǎo) 納米纖維基復(fù)合陽(yáng)極
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題背景及研究意義11
• 1.2 固體氧化物燃料電池概述11-14
• 1.2.1 SOFC工作原理11-12
• 1.2.2 SOFC陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程12-13
• 1.2.3 SOFC陰極反應(yīng)過(guò)程13
• 1.2.4 SOFC電解質(zhì)材料13-14
• 1.3 陽(yáng)極研究進(jìn)展14-19
• 1.3.1 金屬陶瓷陽(yáng)極材料14-15
• 1.3.2 混合導(dǎo)體陽(yáng)極材料15-16
• 1.3.3 SrTiO_3基陽(yáng)極材料16-19
• 1.4 課題來(lái)源和研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法21-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器21-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器21-22
• 2.2 表征方法22-24
• 2.2.1 熱重分析法22-23
• 2.2.2 X射線衍射分析法23
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡分析法23
• 2.2.4 固體核磁共振分析法23
• 2.2.5 電化學(xué)阻抗分析法23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)材料的制備24-26
• 2.3.1 YSZ電解質(zhì)的制備24
• 2.3.2 GDC粉體的制備24-25
• 2.3.3 靜電紡絲液的配制與紡絲工藝流程圖25
• 2.3.4 GDC浸漬液的配制25-26
• 2.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)26-28
• 2.4.1 三電極體系的制備26-27
• 2.4.2 陽(yáng)極測(cè)試裝置27-28
• 第3章LST材料離子電導(dǎo)對(duì)電極性能的影響28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 溶膠-凝膠法合成LST37 材料的制備工藝28-34
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料和工藝流程28-29
• 3.2.2 LST37 材料前驅(qū)體制備工藝29-31
• 3.2.3 LST37 材料燒結(jié)工藝31-34
• 3.3 離子電導(dǎo)對(duì)電極性能的影響規(guī)律34-40
• 3.3.1 LST37-GDC復(fù)合電極的制備34-35
• 3.3.2 LST37-GDC復(fù)合電極的電化學(xué)性能35-40
• 3.4 小結(jié)40-41
• 第4章 LST材料電子電導(dǎo)對(duì)電極性能的影響及摻雜機(jī)理研究41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 LST材料電子電導(dǎo)對(duì)電極性能的影響41-47
• 4.2.1 不同La摻雜量的LST材料的制備與表征41-44
• 4.2.2 LST電極的制備44
• 4.2.3 LST電極的電化學(xué)性能44-47
• 4.3 LST材料La摻雜機(jī)理研究47-54
• 4.3.1 樣品的處理與表征47-48
• 4.3.2 不同La摻雜量的LST材料的~(17)O核磁信號(hào)分析48-51
• 4.3.3 還原處理后的LST材料的~(17)O核磁信號(hào)分析51-54
• 4.4 小結(jié)54-56
• 第5章 電極的結(jié)構(gòu)和微觀形貌對(duì)電極性能的影響56-63
• 5.1 引言56
• 5.2 靜電紡絲法制備LST37 材料56-58
• 5.2.1 電紡絲法制備LST37 材料的前驅(qū)體56
• 5.2.2 材料LST37 的結(jié)構(gòu)表征56-57
• 5.2.3 材料LST37 的SEM表征57-58
• 5.3 電極的結(jié)構(gòu)和微觀形貌對(duì)電極性能的影響58-62
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)電極的制備58
• 5.3.2 電極的結(jié)構(gòu)和形貌對(duì)電極性能的影響58-61
• 5.3.3 電極的微觀形貌表征61-62
• 5.4 小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果71-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 孫秀府;郭瑞松;李娟;;La摻雜SrTiO_3陽(yáng)極材料性能研究[J];電源技術(shù);2006年10期

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本文編號(hào)：987137