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固体氧化物燃料电池阳极材料镧掺杂钛酸锶的制备和性能研究

吴迪  
【摘要】: 本文用溶胶-凝胶法合成中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)钙钛矿型A位缺位(La0.4Sr0.6)1-xTiO3-δ阳极材料,并对其电化学性能进行研究。探讨了在氧气气氛下制备的阳极样品随着A位缺位量x(x=001~0.09)的增加,材料的电导率的变化情况,实验结果显示其高温电导率随x缺位量增加,也明显增加,在x=0.09时, 800℃时其电导率为15.15832 S cm-1,比未缺位材料La0.4Sr0.6TiO3-δ,电导率为2.90458 S cm-1高一个数量级,并对其导电机理进行了分析。还原后样品的XRD谱中未发现La2Ti2O7杂峰,在1500℃,10小时烧结后,已经形成了均一钙钛矿结构固溶体。针对La0.4Sr0.6TiO3-δ材料对燃料气体有很低的催化活性这一缺点,向La0.4Sr0.6TiO3-δ阳极材料中复合对燃料气体具有很好的催化活性的CeO2材料,在1450℃,氧气气氛下烧结10小时制成阳极样品,对其高温电导率进行测试,结果表明随CeO2含量的增加其电导率随之减小,原因是由于CeO2具有很低的电子电导致使复合后的样品的电导率降低的缘故。对样品热膨胀性能研究中,测试其热膨胀曲线,发现随着CeO2含量的增加,其热膨胀系数随之增大。对以LST-3CeO2、LST-4CeO2、LST-5CeO2为阳极的电池进行性能测试,实验结果表明,电池功率密度随CeO2含量增加而增大。 在La0.4Sr0.6TiO3-δ与SDC复合材料中加入微量NiO(4wt.%)材料,不但改善了其与电解质SDC的热匹配性,提供了离子导电通道,还增强了其对燃料的催化活性。虽然高温电导率的测试表明,复合SDC的含量越高,其电导率越小,但是对其进行电池的测试后,发现复合SDC含量高的,即其中La0.4Sr0.6TiO3-δ与SDC比为55:45(LSTCN2)阳极,在800℃时的功率密度为117.41mw/cm2要比含量低的样品,即La0.4Sr0.6TiO3-δ与SDC比为70:30(LSTCN1)阳极的功率密度为40.46 mw/cm2高很多,结果说明添加NiO材料后,阳极材料对燃料的催化性能更好,且复合更多的SDC可以提高材料的离子电导率,提供氧离子传输通道,增加三相反应界面,提高电池的功率密度。


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