陽極支撐型單室固體氧化物燃料電池的制備與性能研究.pdf

1、單室固體氧化物燃料電池(Single chamber-Solid oxide fuel cell，SC-SOFC)是一種無需密封、啟動迅速、結構新穎的新型燃料電池。利用陰、陽極對燃料(一般碳氫化合物或氫氣)、氧氣選擇催化性的不同產生電勢差而工作。近年來，單室固體氧化物燃料電池在國內外發展十分迅速，關于電極和電解質材料的選擇及優化、電池運行條件以及電池結構設計等研究已逐漸成為燃料電池研究的新熱點。
　　 本論文采用雙粉干壓法首先制

2、備了陽極支撐的單室固體氧化物燃料電池Ni-YSZ|YSZ|LSM。利用XRD、SEM、BET及電導率測試等手段對電極材料進行了較全面的物性表征，確定制備電池的組成材料，并通過電化學工作站對不同測試條件下電池的開路電壓、輸出功率、阻抗及電池穩定性等電化學性能進行分析表征，確定電池測試的最佳條件為700℃時O2：C3H8=2，氣體流速為400sccm。
　　 為了進一步提高電池的輸出性能，本文選擇一些催化性、電導率優良的陰極材料LS

3、TM、SSCM、LSCM來組成電池，并考察陰極的燒結溫度對電池性能的影響，最終確定陰極材料為LSCM時電池性能最好。引入離子導電率高的YSZ為第二相，形成復合陰極，Ni-YSZ|YSZ|30YSZ-70LSCM輸出功率提高到81mW/cm2；為緩解材料層與層間熱匹配問題，在電解質和陰極之間形成“夾心式”梯度陰極，Ni-YSZ|YSZ|CGO|50LSCM-50CGO|LSCM短路電流密度達到560mA/cm2，輸出功率密度達到110mW

4、/cm2，比單一LSCM陰極的電池性能提高了50％。由此可見，這種梯度陰極設計方案可以廣泛應用到SC-SOFC陰極的制備中。
　　 電池陽極的優化是通過滴加浸漬法和雙粉干壓法摻入少量金屬催化劑，有助于提高陽極的催化活性。研究發現雙粉干壓法制備的陽極摻入5wt％鐵的電池50Ni-5Fe-45YSZ|YSZ|CGO|50LSCM-50CGO|LSCM輸出功率最大可達到129mW/cm2，相比未摻體系提高17％。這種改善是由于鐵和鎳金