论文部分内容阅读
固体氧化物燃料电池（SOFCs）可将多种燃料的化学能直接转换成电能,具有高效、清洁的优点。然而,传统的SOFC制作工艺复杂、成本高,并且在烃类燃料下阳极会出现碳沉积、硫中毒的现象。对称固体氧化物燃料电池（SSOFCs）通过使用同一种材料作为阴、阳极使制作工艺简化、成本低廉从而得到广泛关注。并且该结构电池可通过调换阴极和阳极两侧气路来解决传统SOFC遇到的碳沉积以及硫中毒的问题。本文对不同层数的R-P型层状钙钛矿结构对称电极进行研究,对其进行掺杂、复合改性等优化处理,并对其进行粉体XRD物相及XPS分析,测试了粉体化学相容性和热膨胀系数,探讨了电极导电性和氧化还原气氛下的稳定性。主要内容如下:采用柠檬酸-EDTA合成法制备的R-P型电极粉体（A3B2O7）La0.25Sr2.75Fe2O7-δ（LSFO7）与GDC具有良好的化学匹配性,并且在氧化还原气氛中展现了优异的氧化还原可逆性以及电导性能。其中在空气氧化气氛中的最大电导率为71.36 S/cm,氢气还原气氛中的最大电导率为0.067 S/cm;构建的对称单电池LSFO7|GDC|YSZ|GDC|LSFO7在电池功率测试中,800℃获得226.68 mW/cm2的最大功率密度以及1.13??cm2的极化阻抗;测试后电池的微观结构显示各个部件连接完好,未出现剥落、分离现象,表明具有良好的工作稳定性。高层数R-P型(A4B3O10)Co掺杂LaSr3Fe3-xCoxO10-?（x=0,1,1.5）系列电极粉体材料同样展现出了稳定的氧化还原可逆性。其中LaSr3Fe2CoO10-?在空气氧化气氛下的最大电导率为224.58 S/cm,氢气还原气氛下的最大电导率为0.021 S/cm;构建的对称单电池LSFCO10|GDC|YSZ|GDC|LSFCO10在800℃时达到351.4 mW/cm2的最大功率密度以及对应0.2552??cm2的极化阻抗;在长期测试中表现出了良好的长期工作稳定性。相较于LSFO7,复合电极粉体LSFO7-GDC在空气气氛下最大电导率值为20.33S/cm,电解质GDC的加入将会阻碍电子通过,造成电子电导率降低;而在氢气气氛下,Ce4+的还原大大增加了电子电导,最大电导率值为0.6933 S/cm,远高于单电极LSFO7;而LSFO7-GDC|GDC|YSZ|GDC|LSFO7-GDC对称单电池在800℃最大功率密度为336.14 mW/cm2,相应的极化阻抗为0.3958??cm2;100 h的长期性测试表明其具有良好的工作稳定性。总之,GDC的复合极大的增加了其三相反应界面,加快了氧传输和氧解离的速率,界面极化电阻大大降低,使得电池输出性能得到了可观的改善。