固体氧化物燃料电池双钙钛矿阳极材料研究-材料学专业论文.docxVIP

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 必威体育官网网址□，在 年解密后适用本授权书。 不必威体育官网网址□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日 期： 年 月 日 华 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 摘 要 本文采用溶胶凝胶法合成了双钙钛矿型 Ba2MMoO6 (M = Fe, Co, Mn, Ni)和 A2FeMoO6 (A=Ba, Sr, Ca)阳极材料，并全面系统地研究了材料的电化学性能。利用 XRD 对材料物相进行了分析，并对材料进行结构精修；采用四探针法测试了阳极材 料的电子电导率；在 H2 气氛中测试了材料的热膨胀系数，并在 5%H2/Ar 气氛中测试 了材料的热重曲线；用碘量法确定 Ba2MMoO6 (M = Fe, Co, Mn, Ni)材料中过渡金属 M 离 子 的 平 均 价 态 ， 由 此 分 析 晶 体 中 氧 空 位 的 形 成 。 采用 300 μm 厚的 La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3?δ (LSGM)片做支撑电解质，通过丝网印刷法制备了电解质支 撑型单电池，使用 H2 做燃料，通过 Arbin 燃料电池测试仪测试电池的 I-V 和 I-P 曲线， 并通过电化学工作站测试单电池的阳极过电位及阻抗谱。 在 Ba2MMoO6 (M = Fe, Co, Mn, Ni)材料中，Ba2FeMoO6 表现出最好的性能，在 850 °C 时，在 H2 中电导率达到 196 S cm-1，功率密度达到 605 mW cm-2。四种阳极材料 Ba2MMoO6 的 平 均 热 膨 胀 系 数 都 分 布 在 (10-18)×10-6 K-1 范 围 内 ， 与 La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3?δ 电解质的热膨胀系数匹配良好。热重曲线的结果清晰地表明了 Ba2MMoO6 在还原气氛中会不断的生成氧空位。对于 Ba2MMoO6 阳极材料，功率密 度由大到小的顺序为：M = Fe﹥M = Co﹥M = Mn﹥M = Ni；过电位由小到大顺序为： M = Fe﹤M = Co﹤M = Mn﹤M = Ni；极化阻抗由小到大顺序为：M = Co﹤M = Fe﹤M = Mn﹤M = Ni。体系的性能主要受材料的电导率和氧空位影响。实验结果表明，Ba2MMoO6 (M = Fe, Co, Mn, Ni)材料是很有潜质的阳极替代材料。 在 A2FeMoO6 (A=Ba, Sr, Ca)体系中，三种材料在 H2 中都表现出优异的电导率， Ba2FeMoO6(BFMO)、Sr2FeMoO6(SFMO)和 Ca2FeMoO6(CFMO)的最高电导率分别可 达到 243，302 和 561 Scm-1。热重曲线的结果清晰地表明了 A2FeMoO6 在还原气氛中 会不断的生成氧空位，且 Sr2FeMoO6 失重比例最大。对于 A2FeMoO6 阳极材料，功 率密度由大到小的顺序为：A = Sr﹥A = Ba﹥A = Ca，且 BFMO 和 SFMO 表现出良好 的循环性能；过电位由大到小顺序为：A = Ca﹥A = Sr﹥A = Ba; 极化阻抗由大到小顺序 为：A = Ba﹥A = Sr。Sr2FeMoO6 性能优异，Ca2FeMoO6 综合性能欠佳。 关键词：固体氧化物燃料电池 双钙钛矿 阳极 电化学性能 II II Abstract Double-perovskite Ba2MMoO6 (M = Fe, Co, Mn, Ni) and A2FeMoO6 (A=Ba, Sr, Ca) have been systematically investigated as anode materials for intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs). Ba2MMoO6 and A2FeMoO6 were synthesized via sol-gel me