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中温固体氧化物燃料电池固体电解质的制备科学研究

闫瑞强  
【摘要】:固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种电化学能量转换装置,具有能量转换效率高、对环境友好和操作简单等优点,在世界范围内得到了广泛关注和大力研究开发。传统的SOFCs由于工作温度高(1000℃左右)带来诸多材料和技术问题,因此,降低其工作温度至中温范围(600-800℃)成为当前国际上SOFCs研发的趋势。为达到中温化目的,主要有两条研究途径:其一是研究探索在中温条件下氧离子传导率比现有的YSZ高得多的新型固体电解质材料,其二是减小固体电解质的厚度,发展多孔电极支撑的薄膜化电解质制备技术,以降低电池内阻,增大功率输出。 本论文针对发展中温SOFCs的应用背景以及降低成本和实用化的目标,主要侧重于致密固体电解质薄膜的制备工艺技术研究和膜层电化学性能表征以及单电池性能评价等,着力于提高SOFCs性能。 论文的第一章绪论概括的介绍了SOFCs的工作原理和关键材料,尤其是电解质材料的研究进展以及SOFCs致密电解质薄膜的制备方法等,确定了本论文的研究目标。 论文的第二章至第六章的主要工作内容包括如下几个方面 1.针对传统的固相反应法难以得到超细、高烧结活性粉体,而湿化学法又有溶液操作量大、洗涤困难、过程繁琐、耗能费工等不足,本文发展了一种简单、方便且成本低廉、易于批量生产的粉体制作方法——改进的固相反应法,成功制备出高活性电解质粉体,为中、低温氧化物燃料电池的关键材料——致密电解质的制备,提供了简单、低成本、可靠的有效途径。所制备的Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)粉体500℃已形成萤石相的近球形粉体,900℃热处理后粒子尺寸也只有50—60nm。700℃热处理粉体在360MPa下压片,1350℃ 5小时即可烧结致密,相对密度达到95%。烧结体在700℃和800℃时的电导率分别为0.046 S·cm~(-1),和0.083S·cm~(-1),与文献中1600℃固相反应和1500℃共沉淀法所得粉体的结果相当,而烧结致密化温度降低了150-250℃。同时不低于本实验室共沉淀法1350℃的实验结果。同样,采用改进的固相反应法制备的La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.83)Mg_(0.17)O_(2.815)粉体压片在1450°时烧结后,其相对密度大于94%,且为纯相。样品在600℃下的电


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