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ABO3 (A = La, Ba; B = Fe)钙钛矿型阴极材料的电性能及应用 中文摘要 中 文 摘 要 燃料电池是一类将化学能直接转化为电能的装置，具有高效、环境友好等优点， 是21 世纪各国竞相发展的新型能源。 固体氧化物燃料电池 (SOFC)是由致密的电解质和多孔性电极组成的三明治结 构，被认为是最有效的多功能发电系统，尤其适用于分散电站，已引起人们的广 泛关注。传统的SOFC 采用YSZ 作电解质，工作温度在800 oC 以上。如此高的工 作温度会带来一系列严重问题，如制作成本增加、密封困难以及电极和电解质的 o 界面反应等。若将工作温度降至500 − 800 C 中温范围，不仅可以扩展材料的选择 性，有效地降低生产成本，还可以改进 SOFC 系统的稳定性和可靠性。为发展中 温固体氧化物燃料电池 (IT-SOFC)，目前有两种较好的方法。一是选用中温范围内 具有较高电导率的固体电解质材料，二是将电解质薄膜化。电解质的薄膜化能显 著降低IT-SOFC 的内阻，减少IT-SOFC 的能量损失。但随着SOFC 工作温度从高 温降至中温，电极极化电阻迅速增大，成为限制电池性能的主要因素。因此， IT-SOFC 的阴极材料一直是研究的重点之一。 基于上述原因，本论文着重对质子导体薄膜中温固体氧化物燃料电池进行了 探索。主要研究及成果如下： 采用固相法和硝酸盐 - 柠檬酸法制备 无钴钙钛矿型系列样品 La Sr Fe Cr O (0 ≤ x ≤ 0.3) 。用交流阻抗谱法测试了在300 − 800 oC 下系列样 0.6 0.4 1-x x 3-α 品空气中的电导率以及典型样品La0.6Sr0.4Fe0.9Cr0.1O3-α (LSFC10)在氧气和氩气中的 电导率。采用简易的浆料旋涂方法，在多孔性复合阳极Ni-BZCY 支撑体上制备质 子导电BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-β (BZCY)薄膜，在BZCY 上制备多孔性LSFC10 阴极膜， 分别以H 和O 为燃料和氧化剂，组装成SOFC 单电池：H , Ni-BZCY | BZCY | 2 2 2 LSFC10, O 。测定了燃料电池在600 − 700 oC 下的性能。典型陶瓷样品LSFC10 与 2 电解质材料BZCY 化学相容性良好，电导率随温度升高先升后降，在550 oC 下氧 -1 o 气气氛中电导率达到138 S cm 。燃料电池的功率密度随温度升高而增大，在700 C -2 2 时最大输出功率密度达到412 mW cm ，电极极化阻抗很小，仅为0.19 Ω cm 。 在本研究中，采用硝酸盐-柠檬酸法首次制备了新型无钴双钙钛矿结构系列阴 极材料NdBaFe Ni O (0 ≤ y ≤ 0.3)，用交流阻抗谱法测试了系列样品在300 − 800 2-y y 5+δ Ⅰ 中文摘要 ABO3 (A = La, Ba; B = Fe)钙钛矿型阴极材料的电性能及应用 oC 下空气中的电导率。结果表明，NdBaFe Ni O 是离子- 电子混合导体 (MIEC) 。 2-y y 5+δ 系列样品中，NdBaFe 1.8Ni0.2O5+δ (NBFNi20)具有最高电导率，在550 oC 下空气气氛 -1 中达到145 S cm ，与电解质BZCY 化学相容性