电化学极化调控La2NiO4+δ电极性能和表面成分的研究

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固体氧化物电池(SOC)是一种可逆的高温电池,既可将燃料中的化学能直接转化为电能,又可将多余的电能存储为燃料的化学能。氧电极是SOC的主要组件之一,开发高效、稳定的氧电极是SOC的重要研究方向。本文基于La2Ni O4+δ(LNO)层状钙钛矿电极材料,首先考察了Gd0.1Ce0.9O1.95(GDC)隔离层的制备对LNO电极性能的影响,之后研究空载、阴极极化、阳极极化和循环极化对LNO电极性能和表面成分的影响。主要研究工作如下:(1)为避免LNO与Y0.16Zr0.84O2(YSZ)电解质之间的反应,使用两种方法制备了GDC隔离层。第一种方法是在烧结致密的YSZ薄膜上制备GDC层,随后进行烧结;第二种方法是先制备YSZ/GDC双层电解质薄膜,随后进行共烧结。结果表明,第一种方法制备的GDC隔离层使电池性能更优。将LNO电极制备到第一种GDC隔离层上,电极性能和稳定性远高于直接在YSZ上制备的LNO电极。(2)考察了阴极极化对LNO电极性能和表面成分的影响。阴极极化使LNO电池性能得到提升,极化电流越大性能上升越明显。阴极极化后,LNO颗粒表面沉积了一层致密的Pt层。将LNO与Pt在750℃混合煅烧,发现La2Ni(Pt O6)相的生成,表明LNO与Pt之间存在强相互作用。因此,我们认为阴极极化促进了集流体中的Pt迁移至LNO电极/电解质界面,而LNO与Pt之间的强相互作用导致Pt在LNO表面的包覆性沉积,从而提升了LNO电极的电化学性能。(3)研究了空载、阳极极化和循环极化对LNO电极性能和表面成分的影响。空载条件下,LNO电池性能发生了衰减;而阳极极化条件下,LNO电池性能衰减更快。将LNO块状样品分别置于空气和N2气氛中进行热处理,发现氧分压越高,LNO表面析出的富La相颗粒越明显。在阳极极化条件下,LNO电极处于高氧分压气氛,促进了La的表面析出和LNO的部分分解,使性能衰减更加明显。对LNO电极进行循环极化,能有效抑制电极在阳极极化条件下发生的性能衰减。
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