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《哈尔滨工业大学》 2010年
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原位法合成La_(0.6)Sr_(0.4)Fe_(0.8)Co_(0.2)O_(3-δ)-Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)复合阴极材料及电化学性能研究

倪丹  
【摘要】:固体氧化物燃料电池(SOFC)被认为是~21世纪最有前景的发电系统之一。目前研究的重点是开发可在中低温(600℃~800℃)区域工作的SOFC,随着工作温度的降低,阴极的极化会急剧增大。为了在中低温下获得更好的电化学性能,需要开发新型阴极材料及结构。本文采用溶胶-凝胶法原位制备了适用于中温SOFC的LSFC-GDC复合阴极材料,并对其性能进行了测试与表征。同时采用聚合物水滴模板法制备了蜂窝状多孔复合阴极,这种阴极结构有利于气体传输,增加三相反应界面长度。 本论文采用原位合成的方法制备LSFC-GDC复合阴极材料,研究了合成条件对材料性能的影响。通过X射线衍射分析(XRD)对制得的材料进行了物相分析,发现原位法得到的材料为LSFC-GDC复合阴极材料,无其他杂质相存在。通过谢乐公式计算晶粒尺寸,发现原位法制备的复合阴极材料中,LSFC晶粒尺寸比相同条件下得到的单相LSFC的晶粒尺寸小。与机械混合法制备的复合阴极材料相比,两相分布更均匀。材料热膨胀系数小于LSFC材料,与GDC的热膨胀系数接近,适宜作为SOFC阴极。经过多种测试方法的综合表征,最终确定了最佳的复合材料制备工艺:原位法制备LSFC-GDC复合阴极材料最优配比为LSFC-GDC质量比为50:50,最优煅烧温度为900℃。 将原位法制备的LSFC-GDC材料通过丝网印刷制备成SOFC复合阴极,研究了烧结温度和烧结时间这两个关键因素对复合阴极电化学性能的影响。研究表明,LSFC-GDC复合阴极最优烧结温度为1000℃,最优烧结时间为~2 h。在800℃下的极化阻抗为0.17Ω·cm~2,750℃下的极化阻抗为0.33Ω·cm~2,在800℃下组装电池的最高放电功率密度为1.07 W·cm~(-2)。 采用水滴模板法制备LSFC-GDC蜂窝状多孔阴极,讨论了各种因素对所得到的多孔阴极微观结构的影响规律,通过SEM对所制备阴极结构进行分析,发现控制一定的温度、适度、聚合物浓度等条件,能够成功获得孔径从10~40μm的大孔结构,并且在孔壁上存在亚微米级的小孔。通过研究表明,当烧结温度为1100℃,大孔孔径10μm时,800℃下的极化阻抗为0.486Ω·cm~2。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM911.4

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【参考文献】
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