本文選題：中溫固體氧化物燃料電池 + 陰極材料��； 參考：《大連工業(yè)大學(xué)》2010年碩士論文

【摘要】：固體氧化物燃料電池作為能源轉(zhuǎn)換裝置因?yàn)榫哂腥绦�、不存在電解質(zhì)腐蝕、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為了新能源的研究熱點(diǎn)。中低溫化的固體氧化物燃料電池更可以成功避免電解質(zhì)和電極材料的界面反應(yīng)等不良影響，從而能有效保證固體氧化物燃料電池的長(zhǎng)效性。 本文以合成中溫固體氧化物燃料電池(ITSOFC)陰極La0.7Sr0.3Fe0.8Co0.2O3(LSFC)粉體為研究對(duì)象，探討了PVA改進(jìn)的溶膠凝膠法各個(gè)工藝條件參數(shù)對(duì)粉體的影響，獲得最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件：當(dāng)pH=7、PVA與硝酸鹽質(zhì)量比為1：5、檸檬酸與金屬離子摩爾比為1.5：1時(shí)，可以形成透明澄清形態(tài)良好的溶膠，溶膠經(jīng)12h陳化形成凝膠，凝膠在155℃烘箱中膨化制得LSFC前驅(qū)體。LSFC前軀體在900℃煅燒2h后形成粒徑分布均勻、晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、具有單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的粉體。 隨后利用PVA改進(jìn)的溶膠凝膠法分別制備了La0.7Sr0.3-xCaxFe0.8Co0.2O3(LSCFC，x=0.1，0.15，0.2)和La0.7Ba0.15E0.15Fe0.8Co0.2O3(LBEFC，E=Sr，Ca)系列陰極材料。研究發(fā)現(xiàn)：LSCFC前驅(qū)體經(jīng)900℃煅燒2h后獲得的粉體為穩(wěn)定單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，陰極材料A、B位雙摻雜導(dǎo)致鈣鈦礦LaFeO3晶胞體積發(fā)生膨脹，其中La0.7Sr0.15Ca0.15Fe0.8Co0.2O3的晶胞體積膨脹率為43.3%，并且LSCFC晶胞體積膨脹率隨著半徑較小的Ca2+摻雜量增加而減小。但LBEFC前驅(qū)體經(jīng)1000℃煅燒2h后獲得的粉體才可以形成穩(wěn)定單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。離子半徑較大Ba2+摻雜后，LBEFC的晶胞體積也發(fā)生了相應(yīng)的膨脹。其中LBSFC、LBCFC的晶胞體積膨脹率分別為43.5%和42.7%。在300-800℃范圍內(nèi)，LSCFC和LBEFC系陰極材料的電導(dǎo)率變化符合p型小極化子絕熱孔隙理論；低溫段(300-480℃)滿足小極化子導(dǎo)電機(jī)理；高溫(480-800℃)時(shí)則以氧空位電荷補(bǔ)償導(dǎo)電機(jī)制為主，導(dǎo)電類型也相應(yīng)由半導(dǎo)體型逐漸向金屬型過渡，呈現(xiàn)半導(dǎo)體－金屬導(dǎo)電類型轉(zhuǎn)變。Ca2+導(dǎo)致電導(dǎo)活化能增加，所以LSCFC電導(dǎo)率隨著Ca2+摻雜量的增加而減小，LBSFC電導(dǎo)率大于LBCFC；Ba2+摻雜有利于提高晶體的氧空位，降低體系的小極化子濃度，所以導(dǎo)致LBEFC的電導(dǎo)率小于LSCFC。 此外，還采用溶膠凝膠法制備了Ce0.8M0.2O2-δ(CMO，，M=Sm，La，Sr)電解質(zhì)材料。通過對(duì)CMO的XRD圖分析發(fā)現(xiàn)：CMO形成固溶體的難易程度與摻雜離子半徑有密切關(guān)系，其難易程度為Ce0.8Sm0.2O2-δ＜Ce0.8La0.2O2-δ＜Ce0.8Sr0.2O2-δ。其中半徑最小的Sm3+最容易進(jìn)入氧化鈰晶格，經(jīng)過800℃煅燒2h就可以形成穩(wěn)定的螢石結(jié)構(gòu)；經(jīng)過900℃煅燒La3+也可以完全進(jìn)入晶格形成穩(wěn)定的螢石結(jié)構(gòu)；半徑較大的Sr2+摻雜時(shí)，在800℃煅燒后形成的螢石結(jié)構(gòu)不完全，XRD圖有很多低的雜峰，衍射峰較小，但隨著煅燒溫度提高到850℃，在29.64°處出現(xiàn)一個(gè)雜峰，繼續(xù)提高煅燒溫度到900℃，雜峰仍然存在，此雜峰可能為析出的Sr或其氧化物。另外對(duì)CLO電解質(zhì)的電導(dǎo)性能進(jìn)行了研究，其電導(dǎo)率約為純CeO2的150倍，在800℃其離子電導(dǎo)率可達(dá)到0.049S/cm，電導(dǎo)活化能為84.48kJ/mol。
[Abstract]:As an energy conversion device, solid oxide fuel cell (SOFC) has become a new energy research hotspot because of its advantages of full solids, no electrolyte corrosion and high working efficiency. The medium and low temperature solid oxide fuel cells can avoid the bad effects such as the interface reaction of electrolyte and electrode materials, so that the long-term effect of solid oxide fuel cells can be effectively guaranteed. In this paper, La0.7Sr0.3Fe0.8Co0.2O3LSFCpowders have been synthesized from ITSOFC cathode of medium temperature solid oxide fuel cell (SOFC). The influence of various parameters of PVA modified sol-gel method on the powders is discussed. When the mass ratio of PVA to nitrate is 1: 5, the molar ratio of citric acid to metal ion is 1.5: 1, the sol with good transparent and clear morphology can be formed, and the sol can be aged for 12 hours to form gel, and the optimum experimental conditions are as follows: when the mass ratio of PVA to nitrate is 1: 5, the molar ratio of citric acid to metal ion is 1.5: 1. After calcined at 900 鈩

本文編號(hào)：1836111