質子導體基固體氧化物燃料電池關鍵材料研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFCs)可以直接將化學能轉化成電能，具有結構簡單、轉化效率高等優點。SOFCs的中低溫化可以進一步提高電池的使用壽命的運行穩定性，擴大材料選擇范圍，推進SOFCs的產業化和實用化進程，質子導體基SOFCs是降低操作溫度的有效途徑之一，因而近年來受到越來越多的關注。本論文圍繞質子導體基SOFCs的關鍵材料，即高溫質子導體材料的研究和高性能復合陰極材料的開發等進行了研究工作。
　　第一章為研究工作的內容綜述，主

2、要從固體氧化物燃料電池的基本概念、分類和研究趨勢，質子導體基SOFCs的結構與原理，質子導體基SOFCs的關鍵材料-電解質材料，電極材料和制備方法等方面進行了簡單介紹。
　　第二章主要研究了Sm和Y元素的摻雜，對鈰酸鋇基高溫質子導體材料在質子電導率，燒結活性等方面的影響。使用檸檬酸鹽-硝酸鹽法制備了BaCe0.8SmxY0.2-xO3-δ(x=0，0.05，0.1，0.15，0.2)系列粉體材料。通過對在不同氣氛和溫度下的電導率進

3、行表征，并對經過高溫燒結后的塊材截面分析以研究各樣品燒結活性的區別。相比較于Y，Sm可以明顯改善鈰酸鋇的燒結活性，但不利于質子的傳導。BaCe0.8SmxY0.2-xO3-δ的電導率主要受質子遷移率和晶界密度的影響，適量的Sm含量減少了晶界體積，同時沒有較大程度地降低質子遷移率，最終使BaCeO.8Sm0.1Y0.1O3-δ具有最高的質子電導率?；贐aCe0.8Sm0.1Y0.1O3-δ電解質的單電池也表現出了優秀而穩定的功率輸出性能

4、，在650℃時，最高功率密度分別可達0.60 W cm-2，并在輸出電壓為0.7V的條件下仍有0.49 W cm-2。結果表明，說明摻雜的鈰酸鋇仍然是中低溫SOFCs電解質材料的選擇之一。
　　第三章研究了穩定的鈰酸鋇-鋯酸鋇固溶體質子導體材料，采用Y和Yb作為摻雜元素，詳細研究了BaCe0.5Zr0.3Y0.2-xYbxO3-δ系列質子導體的各方面性能。Y相對Yb而言可以提供更高的質子電導率，BaZr0.3Ce0.5Y0.2O3

5、-δ也具有該系列最高的電導率，700℃時電導率約0.01 S cm-1，并被用做SOFCs的電解質材料。本章工作制備的單電池的性能甚至要高于某些以BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ為電解質材料的電池性能，而且由于Zr含量的提高，使電解質薄膜的化學穩定性進一步提高，經過空氣、3％二氧化碳、100％二氧化碳氣氛處理后，均沒有明顯反應，單電池也經受了短期放電性能測試。所有結果表明，BaZr0.3Ce0.5Y0.2O3-δ是一種有希望的中

6、低溫SOFCs電解質材料。
　　第四章研究了一款不導質子的Pr0.6Sr0.4Cu0.2Fe0.8O3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-δ復合陰極材料，并應用在性能良好而穩定的BaZr0.3Ce0.5Y0.2O3-δ質子導體基SOFCs上。經過結構優化的單電池輸出了較高的性能(417 mW cm-2，650℃)，高于大部分不含鈷的陰極材料性能。結果顯示PSCF-SDC是一款在質子導體基SOFCs上很有前景的陰極材料。
　　第五