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自蔓延高温合成固体氧化物燃料电池阴极材料La_(1-x)Sr_xMnO_3

贡涛  
【摘要】: 固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)是一种新型绿色能源技术,具有其它燃料电池不具备的全固体、无漏液、寿命长等优点,因而受到世界各国的重视。SOFC是由阴极、电解质、阳极和连接材料等基本元件构成的,每一种元件的性能都关系着SOFC的总效率和性能。La1-xSrxMnO3(LSM)具有高电导率、低反应性以及同电解质材料YSZ兼容性好的特点,是目前固体氧化物燃料电池使用最广泛的阴极材料。传统技术制备的LSM成本过高,阻碍了固体氧化物燃料电池快速发展的步伐,因此探索一种即能够保证产品性能又能有效降低成本的新型制备技术势在必行。 本课题探索采用自蔓延高温合成法( Self-propagation high temperature synthesis,SHS)合成固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3MnO3,达到降低材料制备成本的目的。文中设计了4大体系9个自蔓延反应制备La0.7Sr0.3MnO3,研究了各体系自蔓延反应的点火温度、反应温度及自蔓延速度,考查了试样反应前后的失重与收缩情况,并采用扫描电镜、X射线衍射仪等分析了反应产物的形貌和物相特征。XRD分析表明:4大体系9个反应进行的自蔓延高温合成过程均成功制备出了固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3MnO3。同时,研究发现反应体系1由于实验成本低、操作简便以及合成产物性能较好,为制备LSM的最佳自蔓延体系。 以体系1为基础,本文研究了成形压力、稀释剂等参数对反应过程及合成产物物理性能的影响;测试了自蔓延高温合成LSM粉末的烧结性能,包括试样强度、相对密度、孔隙率、膨胀系数以及导电性等;通过热力学计算,从理论上分析了不同工艺条件下反应进行的方向和产物的相组成,探讨SHS法制备La1-xSrxMnO4过程的反应历程,分析出体系中可能产生的杂质及其产生的原因,提出了消除杂质相的方法。 最后,本文研究了使用热处理工艺去除自蔓延高温合成产物的杂质相,考查了不同热处理温度以及热处理时间对LSM物相、形貌及性能的影响。


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