能源短缺和環(huán)境污染是阻礙人類發(fā)展的兩個重大挑戰(zhàn)[1]。與傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠相比,固體氧化物燃料電池（SOFCs）具有高的能量轉(zhuǎn)換效率、燃料靈活性、低排放等優(yōu)點。然而,氧離子導(dǎo)體基SOFCs高的運行溫度導(dǎo)致電池長期穩(wěn)定性的降低是阻礙其商業(yè)化發(fā)展的重要原因。因此降低SOFCs的運行溫度是促進其商業(yè)化發(fā)展的迫切需求。質(zhì)子導(dǎo)體基SOFCs由于其在中低溫下優(yōu)異的性能輸出,成為了研究學者解決氧離子導(dǎo)體基SOFCs高運行溫度的重要途徑之一。本論文圍繞質(zhì)子導(dǎo)體基固體氧化物燃料電池（H-SOFCs）進行了一系列新型陰極材料的設(shè)計及其電化學性能表征等研究工作。論文的第一章,簡單闡述了該論文的研究背景,質(zhì)子導(dǎo)體基SOFCs的概念、原理、研究進展等。同時,對質(zhì)子導(dǎo)體基SOFCs的電解質(zhì)材料、陰極材料及反應(yīng)動力學等進行了重點論述。論文第二章探索了一種新型的無鈷陰極Ba0.95Ca0.05Fe0.9-xSnxY0.1O3-δ-SDC（x<=0.1）。在這里,它首次應(yīng)用于質(zhì)子導(dǎo)體基固體氧化物燃料電池。我們研究了Sn摻雜量對材料的相結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)（TEC）和電化學性能的影響。TEC數(shù)據(jù)表明,摻雜Sn可以... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１質(zhì)子導(dǎo)體基ＳＯＦＣｓ基本結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖??

圖２．２具有Ｂａ０．９５Ｃａ０．０５Ｆｅ０．８５Ｓｎ０．ＭＹ０．丨Ｏｗ－ＳＤＣ陰極的電池的ＳＥＭ圖像：（ａ）單電池的橫截面??形態(tài)，（ｂ）電解質(zhì)的表面截面形態(tài)，（ｃ）測試后陰極的表面形貌。??圖２．２顯示具有ＮｉＯ－ＢａＺｒａｉＣｅ０．７Ｙ０２Ｏ３＿ａ?（ＮｉＯ－ＢＺＣＹ７）?｜?ＢａＺｒ０１Ｃｅ０７Ｙ０．２〇３￣ｓ??（ＢＺＣＹ７）丨Ｂａ〇．９５Ｃａａ〇５Ｆｅ〇．８５Ｓｎ〇．〇５Ｙ〇．丨ＯｗＳＤＣ結(jié)構(gòu)的單電池的掃描電鏡圖。在圖??２（ａ）中，我們可以看到電解質(zhì)與電極之間存在很好的界面結(jié)合。電解質(zhì)致密的??表面形貌如圖２．２（ｂ）所示，這對提高開路電壓和電池性能均十分有利。圖２．２（ｃ）顯??示了陰極的微觀結(jié)構(gòu)。圖中所呈現(xiàn)出的這種多孔的陰極結(jié)構(gòu)便于氧氣的輸送。此??外，陰極的粒徑小，有利于增加陰極的反應(yīng)位點。??２．３．２電導(dǎo)率??電導(dǎo)率反映了陰極材料收集電流的能力。Ｂａ〇．９５Ｃａ〇．Ｑ５ＦｅＧ９＿ｘＳｎｘＹＱ．丨０３＿５的電導(dǎo)??率與溫度之間的關(guān)系如圖２．３所不�？梢钥闯觯福俯枺梗�。３〇．（）５？６（）．９＾§１１）（丫（）．１〇＾８樣品的電??導(dǎo)率隨著溫度的升高呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。這于先前研究的ＢａＦｅ０３＿８基材??料的電導(dǎo)率與溫度之間的關(guān)系保持一致［１７，?１８］。此外，我們應(yīng)該注意到隨著Ｓｎ??含量的增加，電導(dǎo)率下降。在ＢａＦｅ０３＿ｇ材料中，電子電導(dǎo)主要由Ｆｅ－Ｏ－Ｆｅ中Ｐ型小??極化子的跳躍決定。Ｓｎ的摻雜導(dǎo)致Ｆｅ－０－Ｆｅ之間的距離增加，這增加了Ｐ型小極化??子在Ｆｅ－０－Ｆｅ中跳躍的難度。因此，Ｓｎ的摻雜會使得材料的電導(dǎo)率下降。??２１??

于含鈷陰極的電池，如ＳＳＣ－ＳＤＣ?（６６５?ｍＷ?ｃｍ—２?ａｔ?７００°Ｃ）?［２５］。結(jié)果表明，在??ＢａＦｅＯｗ基陰極材料的Ａ位摻雜５％Ｃａ２＋，Ｂ位摻雜少量錫，以及１０％Ｙ３＋后，電池??的功率密度得到了有效提高。圖２．５（ｂ）給出了以Ｂａ〇．９５Ｃａ〇〇５Ｆｅ〇８５ＳｎａＧ５Ｙ〇丨ＯｙＳＤＣ??為陰極的單電池在５５０°Ｃ－７００°Ｃ下測得的單電池的／－＿／－／＞曲線，從圖中可以看出??在５５０°Ｃ，?６００°Ｃ，?６５０°Ｃ和７００°Ｃ下，電池的最大功率分別為３０３，?５０５，?８０７，?９４９?ｍＷ??ｃｍ＇不同Ｓｎ含量的單電池的ＭＰＤｓ和ＯＣＶｓ數(shù)據(jù)如表２．２所示。從表２．２可以看出，??在相同的測試溫度下，具有Ｂａ〇．９５Ｃａ〇．Ｑ５Ｆｅ〇．９＿ｘＳｎｘＹａ丨０３＿ｓ－ＳＤＣ陰極的單電池，相??對于具有Ｂａ〇．９５Ｃａ〇，（）５Ｆｅａ９Ｙａ丨ＯｙＳＤＣ陰極的單電池，其功率密度有顯著增加，表??明Ｓｎ的摻雜有利于材料催化活性的增加。實驗結(jié)果表明??Ｂａ＾Ｃａ＾Ｆｅｏ．ｓｓＳｎｏ．ｏｓＹｗＯｙＳＤＣ?是?Ｈ－ＳＯＦＣｓ?潛在的陰極候選材料。??ｒＡａ?－１〇〇＜

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鐠摻雜對無鈷鈣鈦礦型氧化物BaFeO3-δ電導(dǎo)率和透氧性能的影響（英文）[J]. 魏邦爭,王語,劉夢,徐晨曦,程繼貴.  Chinese Journal of Chemical Physics. 2018(02)



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