【摘 要】
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能源是现代社会发展的基础,随着人类文明的不断进步,能源利用与环境保护已经成为现代社会无法避免的两大关键问题。固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其在清洁、高效式分布发电领域中的优异表现引起了广大研究者的注意。本文利用固相反应法制备了Ba1-xLaxCo1-yNbyO3-δ(x=0.05,0.15;y=0,0.05,0.10)、Ba1-xBi0.05Zr0.1Co0.85-yNbyO3-δ(x=0,0
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能源是现代社会发展的基础,随着人类文明的不断进步,能源利用与环境保护已经成为现代社会无法避免的两大关键问题。固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其在清洁、高效式分布发电领域中的优异表现引起了广大研究者的注意。本文利用固相反应法制备了Ba1-xLaxCo1-yNbyO3-δ(x=0.05,0.15;y=0,0.05,0.10)、Ba1-xBi0.05Zr0.1Co0.85-yNbyO3-δ(x=0,0.1;y=0,0.05,0.1)、(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFe O3-δ(x=0,0.2,0.3,0.5,0.6)三个系列的阴极材料,期望探索出可以进一步提高中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)性能的阴极材料。利用固相反应法制备了Ba1-xLaxCo1-yNbyO3-δ(x=0.05,0.15;y=0,0.05,0.10)系列阴极材料,并对该系列阴极材料进行了X射线衍射、热膨胀系数(Thermal Expansion Coefficient,TEC)、电导率、面比电阻(Area-specific resistance,ASR)以及单电池性能测试。XRD图谱结果表明,当B位Nb的掺杂量达到10 mol%时样品形成稳定单一纯相;在5%CO2氛围下800℃煅烧10 h后的XRD图谱显示,A位La元素掺杂含量的增加可以有效增强阴极材料抵抗CO2中毒能力;当B位Nb元素掺杂含量提升时,样品的TEC减少,电导率大幅降低,ASR先降低后升高;随着A位La元素掺杂含量的提升,样品的ASR减小,电导率有明显的提升。样品Ba0.85La0.15Co0.9Nb0.1O3-δ在800℃时输出功率密度为567 m W·cm-2。利用固相反应法制备了Ba1-xBi0.05Zr0.1Co0.85-yNbyO3-δ(x=0,0.1;y=0,0.05,0.1)系列阴极材料。随着Nb元素掺杂含量的提升,样品的TEC不断降低,电导率大幅降低,ASR小幅增加。在5%CO2氛围下该系列样品的稳定性XRD图谱显示,A位缺位的引入有助于增强阴极材料抵抗CO2中毒能力;此外,A位缺位的Ba0.9Bi0.05Zr0.1Co0.75Nb0.1O3-δ样品与Ba Bi0.05Zr0.1Co0.75Nb0.1O3-δ样品相比,除了电导率有小幅的增加之外,其余各项性能均未有明显提升。该系列样品BaBi0.05Zr0.1Co0.75Nb0.1O3-δ在800℃输出功率密度为642m W·cm-2。此外,还进行了Fe基钙钛矿结构(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFe O3-δ(x=0,0.2,0.3,0.5,0.6)系列阴极材料的制备与性能表征。XRD测试结果表明所有样品均形成稳定单一纯相;该系列样品在与实验中使用的SDC电解质高温煅烧后未发生反应,兼容性良好;该系列样品在空气以及5%CO2氛围条件下稳定性良好。随着La元素掺杂含量的增加,样品的TEC减少,并与SDC电解质TEC的匹配度逐渐加深;样品的电导率先升高再降低,ASR呈先升高后降低再小幅升高的变化趋势。该系列样品(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ在800℃输出功率密度为620 mW·cm-2。
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