固體氧化物燃料電池（SOFC）具有潔凈、高效等優(yōu)點(diǎn),展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。然而操作溫度高帶來(lái)諸多實(shí)際問(wèn)題,中低溫環(huán)境下性能優(yōu)良的陰極材料是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。從目前報(bào)道的文獻(xiàn)來(lái)看,對(duì)Ln₂NiO_4+δ材料A位進(jìn)行Sr摻雜的研究較少,且Sr摻雜對(duì)材料催化活性的作用結(jié)果不同。此外,有研究表明對(duì)材料進(jìn)行A、B位摻雜可以優(yōu)化其性能。因此,為了客觀評(píng)估Sr摻雜對(duì)材料催化活性的影響,并進(jìn)一步改善材料的電學(xué)性能。本文采用溶膠凝膠法均成功制備了La_2-xSr_xNiO₄+δ（x=0-1.5）、LaSrNi_0.8M_0.2O₄+δ（M=Ni,Cu,Co,Fe）、Nd_1.5Pr_0.5Ni_1-xM_xO₄+δ（M=Cu,Co,Mo;x=0-0.1）、La₄Ni_3-xCu_x

【文章來(lái)源】：中國(guó)民航大學(xué)天津市

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

氧離子導(dǎo)體型SOFC工作示意圖

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文41.2.3SOFC的結(jié)構(gòu)類型單個(gè)電池本身輸出功率有限，不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。因此，通常將單電池按照一定的形狀和順序進(jìn)行組裝，構(gòu)成電池堆來(lái)達(dá)到供電要求。依據(jù)形狀不同主要分為以下三種：瓦楞型、管型、平板型。瓦楞型是根據(jù)瓦楞片狀的形狀而設(shè)計(jì)的特種結(jié)構(gòu)，如圖1-2(a)所示，由陰極、固體電解質(zhì)、陽(yáng)極堆疊而成的結(jié)構(gòu)，因其特殊的形狀增加了氣體與電極的作用面積，使電極層與氣體充分反應(yīng)，從而提高了電池的工作效率。其最大的優(yōu)點(diǎn)是輸出效率較高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不需要較高的溫度就可以實(shí)現(xiàn)電池堆的封裝。其次，由于瓦楞結(jié)構(gòu)是要求一次整體燒結(jié)而形成的，制作的工藝要求較高，改進(jìn)其工藝變得尤為重要。管型結(jié)構(gòu)研究較早，目前的制造技術(shù)相對(duì)成熟。如圖1-2(b)所示，陰極處在管壁最內(nèi)處、其次是固體電解質(zhì)、陽(yáng)極處在管壁最外側(cè)；采用氫氣作為燃料，空氣作為氧化劑向管內(nèi)通入。美國(guó)西屋公司對(duì)管狀電池堆進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)8年的研究，得到了較為滿意的性能。其最大的優(yōu)點(diǎn)是易于組裝，便于實(shí)現(xiàn)密封，機(jī)械強(qiáng)度好。由于制造成本高、功率密度低而限制其進(jìn)一步推廣。平板型結(jié)構(gòu)是目前實(shí)驗(yàn)室和有些公司研究的熱點(diǎn)，結(jié)構(gòu)如圖1-2(c)所示，同樣是由陰極、固體電解質(zhì)、陽(yáng)極組成的薄的平板狀結(jié)構(gòu)。需要在高溫下才能密封，熱循環(huán)型性能較弱，分別向?qū)獠壑型ㄈ肟諝夂腿剂希瑔坞姵夭捎么?lián)的方式構(gòu)成電池堆，電流的行程較短，電阻較低，界面的阻抗小，電池輸出功率高，相較于其他電池，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，制作成本低，而成為SOFC發(fā)展的趨勢(shì)。圖1-2(a)瓦楞型;(b)管型;(c)平板型SOFC的結(jié)構(gòu)示意圖

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文11La4Ni2.7Fe0.3O10-δ和La4Ni3O10-δ陰極材料[53]。TakahashiS[54]研究發(fā)現(xiàn)La4Ni3O9.78對(duì)稱電池隨著n的增加，其長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性有所改善，但是面比電阻逐漸增大。Kim[55]等人探究了不同含量的Sr摻雜La4Ni3O10-δ-YSZ系列陰極材料發(fā)現(xiàn)，隨著Sr含量的增加，電導(dǎo)率呈增大的趨勢(shì)，面比電阻呈增大的趨勢(shì)，Sr元素的摻雜并沒(méi)有改善高階陰極材料的電化學(xué)催化性能。此外，Sharma[56]等人研究表明La4Ni3O10-δ陰極材料的電化學(xué)性能會(huì)受微觀結(jié)構(gòu)的影響。有研究表明，La2NiO4與La4Ni3O10-δ陰極材料按照一定比例混合構(gòu)成復(fù)合材料，當(dāng)質(zhì)量比為1:1時(shí)復(fù)合材料具有理想的電學(xué)性能。在不改變其他性能的條件下，如何提高材料的催化活性是研究者們共同奮斗的目標(biāo)。圖1-3An+1BnO3n+1型類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖1.5本工作研究?jī)?nèi)容對(duì)IT-SOFC的研究備受科研工作者的重視，由于操作溫度的降低會(huì)對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電性能以及電化學(xué)反應(yīng)造成重要影響，因此開(kāi)發(fā)電學(xué)性能優(yōu)良的陰極材料迫在眉睫�；谇叭藢�(duì)Ln2NiO4系列陰極材料的研究，總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率、電極催化活性等方面仍存在不足，本論文擬開(kāi)展以下研究工作：（1）采用溶膠凝膠濕化學(xué)法（sol-gel）制備La2-xSrxNiO4+δ(x=0-1.5)系列樣品，研究該系列樣品的相結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電性能、電化學(xué)性能、輸出功率，探究Sr摻雜對(duì)電化學(xué)催化性能是否有積極的影響，分析不同摻Sr量對(duì)性能的作用規(guī)律，并確定最佳Sr摻雜量。（2）在La2-xSrxNiO4+δ系列研究的基礎(chǔ)上，為了改善陰極材料的電化學(xué)催化活性、輸出功率，采用sol-gel法制備LaSrNi0.8M0.2O4+δ(M=Ni,Cu,Co,Fe)系列材料。探究摻雜量20mol%Cu、Co、Fe元素對(duì)材料性能的影響。

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本文編號(hào)：3458370