电化学极化作用下镍基阳极与电解质界面形成的研究

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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种电化学发电装置,可直接将燃料的化学能有效转化为电能,具有高效、环保等优点。本论文利用电化学极化法,在电池测试温区原位构筑Ni基阳极/Y2O3-Zr O2(YSZ)电解质界面,避免了传统高温烧结过程,保留了阳极的精细结构。首先研究了电化学极化对于纯Ni和Ni基复合阳极电化学性能的影响,随后利用SEM、FIB-SEM、STEM-EDS、XPS等表征手段探测阳极/电解质界面,从而获得界面原位构筑的规律与机理。主要研究结果如下:(1)考察了电化学极化对于纯Ni阳极的电化学性能与电极/电解质界面的影响。结果表明,电化学极化促进了阳极/电解质界面接触,在YSZ电解质表面形成明显的接触印记,同时阳极的欧姆电阻和极化电阻也相应减小。随着极化电流的增大或极化时间的延长,界面接触情况持续改善。元素分析表明电化学极化后,界面处没有发生明显的元素相互扩散现象。(2)研究了电化学极化对于Ni-YSZ、Ni-Gd0.1Ce0.9O1.95(GDC)复合阳极的性能与电极/电解质界面的影响。在电化学极化作用下,复合阳极与YSZ电解质也能形成良好的界面接触,但相比于纯Ni阳极,复合阳极中的YSZ、GDC颗粒在形成有效的界面接触中占据了主导作用。提高Ni-GDC复合阳极中GDC的含量或细化GDC颗粒,均能促进形成更好的界面接触。随着极化电流的增大,电解质表面的接触印记逐渐增加,促进了阳极性能的提升。本研究开创了电化学极化法原位构筑Ni基阳极的新途径,也为理解电池运行条件下Ni基阳极/电解质界面的修复提供了理论基础和实践依据。
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