【摘 要】
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固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells,SOFC）是一种新型的清洁能源。传统的SOFC需要在较高的温度（800℃-1000℃）下工作,制备与运行过程所需的成本较高。SOFC低温化的研究工作主要为探究新型电解质材料和简化SOFC结构两方面。研究中制备了三种钙钛矿结构氧化物,并通过元素掺杂、材料复合、自组装对钙钛矿材料进行结构调控和表面修饰,提高材料离子导电率;简化电池组装工
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固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells,SOFC）是一种新型的清洁能源。传统的SOFC需要在较高的温度（800℃-1000℃）下工作,制备与运行过程所需的成本较高。SOFC低温化的研究工作主要为探究新型电解质材料和简化SOFC结构两方面。研究中制备了三种钙钛矿结构氧化物,并通过元素掺杂、材料复合、自组装对钙钛矿材料进行结构调控和表面修饰,提高材料离子导电率;简化电池组装工艺,制作半导体离子燃料电池（Semiconductor-Ionic Fuel Cells,SIFC）,以降低SOFC工作温度为目标,探究钙钛矿材料在SIFC中的工作机制。首先是La-Sr-Al-Zn-O3-δ（LSAZ）的制备与性能优化。LSAZ可以形成一种超离子导电的非晶态壳结构。非晶壳层为氧离子提供高速通道,提升低温（350℃-550℃）区间离子传导速率,在550℃时,电导率达0.208S·cm-1,LSAZ-8282燃料电池输出1296.65m W·cm-2的峰值功率密度。其次是Ba-Zr-Ce-Y-O3-δ（BZCY）的制备与性能优化。BZCY具有质子、氧离子混合导电性。大幅降低Ba Zr O3基钙钛矿材料的制备温度;质子、氧离子混合导电机制提升了反应效率,降低SOFC工作温度,BZCY-3燃料电池在550℃下输出1386m W·cm-2的峰值功率密度。最后是Ba-Co-Ce-Y-O3-δ（BCCY）的制备与性能优化。BCCY具有质子、氧离子、电子混合导电性。BCCY与氧化铈（Ce O2）复合产生的p-n异质结避免电子引发电池短路;内建电场加速离子传导;三相导电性拓展电极反应界面,BCCY-4燃料电池在550℃下输出1140m W·cm-2的峰值功率密度。通过对钙钛矿氧化物的结构特点,界面特性的研究,提出了结构调控及界面优化的合理方案。组装结构简单的SIFC电池,提升电池性能,节约成本。制备出在低温下具有超快离子表面传输通道的电解质,为SOFC的低温化提供了研究思路。
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