中溫固體氧化物燃料電池陰極材料GdBaCo2O5+δ的性能研究.pdf

1、中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)的研制是固體氧化物燃料電池商業化發展的必然趨勢。由于傳統陰極材料La1-xSrxMnO3(LSM)的性能隨工作溫度的降低而迅速下降,因此,為了IT-SOFC的發展,開發在中溫條件下具有優良性能的新型陰極材料是非常重要的。鈷酸鹽鈣鈦礦氧化物由于具有較高的電子和離子導電率而被廣泛關注,成為了一類很有發展潛力的IT-SOFC陰極材料。利用傳統的固相反應法制備了新型陰極材料GdBaCo2O5+δ(GBCO

2、),通過對其基本物性的研究發現,GBCO具有很高的電導率,在IT-SOFC工作溫度范圍內(500-800℃)其值為512-290S/cm,達到了對IT-SOFC陰極材料的要求。但是GBCO在室溫到900℃間的平均熱膨脹系數(TEC)為20.1×10-6 K-1,遠大于電解質材料,如摻雜氧化鈰(DCO)的,因此與電解質間較差的熱膨脹匹配性是GBCO陰極材料面臨的一個主要問題。對燒結后的GBCO與Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)混合粉

3、末進行的XRD測試結果表明：GBCO陰極與SDC電解質材料間的化學相容性很好,經1100℃燒結后兩者之間沒有可探測到的固相反應發生。以SDC為電解質,利用極化曲線和阻抗譜的測量結果研究了GBCO陰極在500-800℃范圍內的電化學性能以及燒結溫度對電化學性能的影響。由經不同溫度燒結過的GBCO陰極的SEM圖可以看出,燒結溫度對陰極的微觀結構和陰極與電解質間的附著情況有一定影響,從而影響到了陰極的電化學性能。在SDC電解質上,GBCO陰極

4、的最佳燒結溫度是1050℃,經此溫度燒結的GBCO陰極具有良好的電化學性能,其極化電阻在750℃時是0.15Ω·cm2 ,600℃時是1.11Ω·cm2。為降低GBCO陰極的熱膨脹系數,在陰極中加入了熱膨脹系數較低的電解質材料SDC。通過對GBCO-SDC復合陰極基本物性和電化學性能的測試發現,SDC的加入不僅降低了陰極的熱膨脹系數,提高了它與電解質間的熱膨脹匹配性,還改善了GBCO陰極的電化學性能。雖然同時也使得陰極的電導率有所下降,