本文關(guān)鍵詞：質(zhì)子導(dǎo)體基中溫固體氧化物燃料電池陰極的制備與研究　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：能源和環(huán)保問題是地球可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn)。固體氧化物燃料電池(SOFCs)是能夠?qū)⒒瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置,具有能源轉(zhuǎn)化率高,環(huán)境友好,結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池操作溫度較高,會(huì)帶來電極的燒結(jié)、界面擴(kuò)散等問題,因此降低燃料電池的操作溫度是其發(fā)展的迫切需求。其中以質(zhì)子導(dǎo)體為電解質(zhì)的SOFCs是實(shí)現(xiàn)燃料電池中低溫化的重要途徑,而發(fā)展與質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)相匹配的陰極材料也尤為重要。本論文圍繞質(zhì)子導(dǎo)體基SOFCs的高性能陰極材料開發(fā)進(jìn)行了研究工作。論文的第一章,對(duì)燃料電池基本概念、原理、研究進(jìn)展和應(yīng)用前景作了簡單介紹,重點(diǎn)闡述了質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池的核心電解質(zhì)材料以及燃料電池的陰極材料。第二章研究了 Fe和Bi共摻的鈰酸鋇作為質(zhì)子導(dǎo)體基SOFCs陰極的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)通過燃燒法制備了 BaCe0.5Fe0.5-xBixO3-δ(x=0.1,0.2,0.3)粉體,使用X射線衍射表征其相結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)BaCe0.5Fe0.3Bi0.2O3-δ和BaCe0.5Fe0.2Bi0.3O3-δ都是單相的正交晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu),而BaCe0.5Fe0.4Bi0.1O3-δ則是立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合。三種陰極材料作用于添加功能層的NiO-BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δBaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ(BZCY)半電池上,發(fā)現(xiàn)其中 BaCe0.5Fe0.3Bi0.2O3-δ體系有最高的功率密度,在700℃時(shí)為736mWcm-2,極化電阻只有0.1Ωcm2,并具有較好的穩(wěn)定性。考慮到BaCe0.5Fe0.3Bi0.2O3-δ同時(shí)具有質(zhì)子,電子以及氧離子導(dǎo)電,大大增加陰極材料的活性區(qū)域,同時(shí)陰極結(jié)構(gòu)與電解質(zhì)材料相同,在化學(xué)相容性及熱匹配方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),且不含鈷元素,穩(wěn)定性較好,使其成為有應(yīng)用潛力的質(zhì)子導(dǎo)體基固體氧化物燃料電池陰極材料。第三章介紹了靜電紡絲技術(shù)制備固體氧化物燃料電池陰極材料。實(shí)驗(yàn)中通過靜電紡絲制備了形貌光滑均一的La0.7Sr0.3Fe03-δ(LSF)納米纖維,經(jīng)800℃煅燒后制備LSF納米陰極并用于質(zhì)子導(dǎo)體基燃料電池。SEM顯示陰極形貌為短纖維相互交織的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。單電池的電化學(xué)性能測(cè)試表明纖維狀LSF陰極具有較高的電催化活性和較低的極化電阻,在700℃下單電池的最大功率密度為563 mWcrn-2,極化電阻為 0.15Ωcm2。第四章研究了 B位摻雜的鐵酸鋇陰極材料-BaFe0.8Bi0.203-δ。實(shí)驗(yàn)通過檸檬酸鹽-硝酸鹽燃燒法得到了單相BaFe0.8Bi0.2O3-δ,表明鐵酸鋇材料通過B位的摻雜能夠獲得在室溫下穩(wěn)定的立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。此陰極應(yīng)用在BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ基質(zhì)子導(dǎo)體SOFCs上,獲得了優(yōu)異的功率輸出性能,單電池在700℃下最大功率密度達(dá)821mWcm-2,極化電阻為O.IΩcm2,表明BaFe0.8Bi0.2O3-δ陰極在質(zhì)子導(dǎo)體基SOFCs上有很好的應(yīng)用前景。第五章中對(duì)全篇論文進(jìn)行了總結(jié)概況,并對(duì)質(zhì)子導(dǎo)體基燃料電池今后可開展的研究工作做了個(gè)人展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM911.4

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本文編號(hào)：1350469