Ni_(0.6)Cu_(0.4)BaO_x阳极材料的制备及性能研究

【摘要】：目前,能源危机和环境污染成为了世界各国经济可持续发展的关键问题。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)的发展倍受人们的重视,研究人员对于降低电池操作温度、提高电池催化效率、减少电池成本等问题都做了广泛的研究。 本文采用溶胶-凝胶法制备了Nio.6Cu0.4BaOx阳极材料。通过XRD表征,阳极粉末形成了NiO和CuO两相金属氧化物的混合物,并没有形成合金相,材料中微量的金属Ba与Ni形成了合金相。 制备以NiO-YSZ、Ni0.6Cu0.40x-YSZ、Ni0.6Cu0.4BaOx-YSZ为阳极,YSZ为电解质,LSM为阴极的电解质支撑的单电池,测试单电池发电性能。结果发现NiO-YSZ阳极电池在1000℃氢气和甲烷环境下最大功率密度分别为561mW/cm2和489m W/cm2,电池性能衰减严重；Ni0.6Cu0.40x-YSZ和Ni0.6Cu0.4BaOx-YSZ阳极电池发电性能较NiO-YSZ阳极电池有所下降,但衰减现象明显减轻,阳极掺杂金属Ba后电池发电性能在10小时甲烷测试中没有降低。 制备Ni0.6Cu0.4BaOx-GDC/GDC/LSM单电池,在600℃有最大OCV值为0.76V,800℃下最大功率密度为179m W/cm2,发电性能较以YSZ为电解质单电池有明显下降。 通过对j-V曲线拟合计算出Ni0.6Cu0.4BaOx-YSZ阳极电池在不同温度和电流密度下的活化阻抗,与阻抗谱实测值相差很小。以甲烷为燃料气,通过10小时放电实验前后阳极的SEM的比对,发现阳极微观结构未发生变化,阳极区域没有积碳生成。通过气相色谱对甲烷为燃料气时电池的阳极尾气进行分析,得出低电流密度利于甲烷部分氧化反应发生,产物中CO含量较多；高电流密度利于甲烷完全氧化反应发生,产物中CO2含量增加。 实验结果表明：Ni0.6Cu0.4BaOx阳极材料有良好的催化性能和抗积碳性能。