低温固体氧化物料电池阴极材料制备及其性能研究.pdf

中文摘要 摘 要 固体氧化物燃料电池(SoFC)是一个将燃料中的化学能直接转换为电能的发 电装置。可应用于船舶等载运工具的动力装置和辅助推进装置，实现绿色交通。 其燃料可以是化石燃料气、生物质气和其它碳氢化合物。SOFC的能量转换是通过 电极上的电化学反应来进行的，避免了NO。、Sox、C0、C02以及粉尘等污染物的 产生：sOFc在提供电力的同时，还可以提供高质量热，实现热电联供：其能量转 此带来诸多问题，包括材料选择、制造成本昂贵等等缺点，因此降低soFc的工 作温度成为当前实现SoFc商业化面lI每的首要任务。 固体氧化物燃料电池操作温度的中低温化(300．800℃)是固体氧化物燃料电池 走向商业化的发展趋势，目前的研究工作主要集中在600．800℃中温区。然而随着 温度进一步降低，可以大幅地降低燃料电池制造成本，更加有效地扩大电池连接和 密封材料的选择范围以及延长电池的使用寿命，使其更具有商业化前景。但是这 方面的研究国内外相对较少，尚属于起步阶段。本文主要为发展在300-600℃这一 温度工作的低温s0FC，开发满足这一需求的新型电解质和与之匹配的高性能阴极 材料，以期获得高的电池性能。 从复合两相材料角度出发，构筑并合成制各了掺杂铈基氧化物与碳酸盐组成 的复合电解质体系，研究表明：该复合电解质体系可以实现在低温区达到O．1s，cm 解质，两边涂铂浆构成固体氧化物燃料电池单电沲，在400℃下的开路电压达到 1．Ov、单电池最大功率密度为272mwcm。。 在钙钛矿类型阴极材料研究基础上，设计并发展合成了新型钙钛矿型阴极材 征和构成单电池的电池性能进行了综合评价，认为适量Cu的掺杂有助于提高阴极 池在400．500℃下显示了良好的电化学性能，其中LaNio8Cl|0203在450℃时具有最 中文摘要 大功率密度620mw／cm2，开路电压为1．OV。说明【Nc材料是一类很有应用前景 的低温SOFC阴极材料。 为进一步发展新型的低温固体氧化物燃料电池的阴极材料，探索了在高温低 氧分压环境下结构稳定并具有金属导电特性的钒酸盐作为低温固体氧化物燃料电 池阴极材料的可行性。首次采用固相法合成了smV04及其衍生物srn05Sro．5V04，并 对两者组织结构和性能进行了研究。结果表明两者均为体心四方结构，sr对smVO。 的掺杂几乎不改变其原来的晶型和晶格尺寸。在复合电解质GDC．NLCO电解质体 系当中，以Smv04材料为阴极，在450．550℃温度范围内，燃料电池的开路电压稳 300mW，cnl2。而以SIIl0 质体系内，低温电池性能并没有提高。 采用聚丙烯酸方法合成了阴极材料Ba05Sr05Coo 8Feo203．。(BSCF)，该材料是目 前被认为性能最好的中低温阴极材料之一。与复合电解质组成单电池，在500℃和 mw／锄2、 450℃温度下最大功率密度及最大短路电流密度分别为860 540．1mw／cm2以及2300 料，首次成功制备出有效活化面积为14cm2，实际面积为4×4cm的大面积电池片， 在510℃时电池输出功率达到5w，相应的输出功率密度达358mw／cm2，获得目前 报道的大面积单电池低温下最好的电池性能。 关键词：中低温固体氧化物燃料电池；复合电解质：阴极材料；固相合成法； 钒酸盐 英文摘要 and ofCathode MaterialsforLow Pr叩ertiesPreparatjon TemperanⅡ_c S01id Fuel OxideCell Abstract SoUd Fllelcen oxide isakindo