新型能源材料2.SOFC讲述.ppt

* Novel nanostructured electrodes for solid oxide fuel cell Ying liu, Adv.Mater.16,2004,256 The novel nanostructured electrodes of extremely low interfacial polarization resistances to reduce the operating temperature. * 本课题组研究情况（339栋-305 302室） 中低温固体氧化物燃料电池关键材料的研究 新型电子-离子混合导体阴极材料的研究 纳米功能粉体的制备与表征 电解质材料的薄膜化研究 LaCrO3基陶瓷连接材料 高温电子导电性不高； 烧结致密性不高。 难点： ※ 连接阴极、阳极，传递电流 隔绝空气和氢气，气密性要好 研究工作1： LaCrO3连接材料的优化 连接材料 方法一：离子掺杂改性 方法二：微量烧结助剂 方法三：高活性纳米粉体 LaCrO3性能优化的方法和技术途径 方法1：离子掺杂改性 方法2：微量烧结助剂 方法3：高活性纳米粉体 碱土离子添加 过渡金属离子掺杂 离子共掺的方式有效提高载流子浓度，增加导电率 LiF/CaF2低温助剂 降低体系致密化温度 微量（1wt.%)添加助剂有效降低了烧结温度（300℃），提高致密度（96%) EDTA-柠檬酸盐联合络合法 湿化学共沉淀法 高活性纳米粉体同时有效促进烧结致密性和导电率 研究结果 方法1：离子掺杂改性 方法2：微量烧结助剂 密度提高50%，电导率提高40% Xifeng Ding, et al. J. Alloys Comp, 425 (2006)318-322. Xifeng Ding, et al. J. Electroceramics. , 18 (2007)317–322. 密度提高12%，电导率(750℃)提高100% Xifeng Ding, et al. J. Mater. Sci., 41(18) (2006) 6185-6188. Xifeng Ding, et al. Rare Metal Mater. Eng., 36(2) (2007) 602. 研究结果 方法3：高活性纳米粉体 密度提高20%，电导率提高40% Xifeng Ding, et al. J. Alloys Comp, 458 (2008)346-350. Xifeng Ding, et al. J. Alloys Comp, 425 (2006)318-322. 研究工作2：高催化活性的中低温阴极材料开发 研究背景 ABO3钙钛矿型阴极材料 A2BO4类钙钛矿阴极材料 AA’B2O5层状钙钛矿阴极材料 研究工作： 中低温成为SOFC的发展趋势，然而随着温度降低，阴极材料的催化活性大大下降，开发高催化活性的中低温阴极材料成为SOFC应用的关键。 ABO3 AA’B2O5 A2BO4 开发高催化活性中低温阴极材料 揭示电子-离子混合导体型阴极材料高活性的物理机制 BSCF钙钛矿型新阴极 La掺杂改性的BSCF具有更高的导电率和更低的极化阻抗，因而中低温下催化活性更高。 催化活性提高是由于表面氧的吸附/脱附和氧离子的传递过程加快。 这一结果为BSCF阴极材料的催化活性的进一步提高提供依据 Xifeng Ding, et al. Materials Research Bulletin. 45 (2010) 1271. 1271-1277. LaCuO3钙钛矿型新阴极 采用梯度结构设计，三层梯度LSCu–SDC 复合阴极的极化阻抗仅为单层LSCu阴极的40%。 梯度阴极催化活性提高是由于电极/电解质界面接触性增强，三相反应区长度增加，从而有效电极反应面积增大 这一结果为复合阴极的制备和性能优化提供依据。 Xifeng Ding, et al. International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 1742-1748 . Ln2CuO4类钙钛矿型新阴极 Nd2CuO4的催化活性要优于La2CuO4。 在Nd2CuO4中加入SDC离子导体，构成的复合阴极催化活性提高是由于氧空位浓度的提高，以及电极/电解质之间的热匹配性增强。 这一结果为复合阴极的制备和性能优化提供依据。 Xifeng Ding, et al. International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 6869-6875. Xifeng Ding, et al. Journal of Alloys and Compounds 502 (