【摘 要】
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本论文以钙钛矿结构高电导率混合离子-电子导体材料SrFe O3-δ为基础,通过在B位掺入Cu2+、Ni2+和Sn4+等离子合成SrFe1-xCuxO3-δ、SrFe1-xNixO3-δ和SrFe1-xSnxO3-δ系列阴极材料,详细考察不同掺杂离子对于阴极材料性能的影响规律:采用甘氨酸-燃烧法合成了SrFe1-xCuxO3-δ（x=0-0.3）阴极材料。XRD和TEM结果表明SrFe1-xCuxO
【基金项目】
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感谢国家自然科学基金（51872078）； 黑龙江省自然科学基金（LH2020E105）； 黑龙江省杰出青年基金资助（JC2018014）；
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本论文以钙钛矿结构高电导率混合离子-电子导体材料SrFe O3-δ为基础,通过在B位掺入Cu2+、Ni2+和Sn4+等离子合成SrFe1-xCuxO3-δ、SrFe1-xNixO3-δ和SrFe1-xSnxO3-δ系列阴极材料,详细考察不同掺杂离子对于阴极材料性能的影响规律:采用甘氨酸-燃烧法合成了SrFe1-xCuxO3-δ（x=0-0.3）阴极材料。XRD和TEM结果表明SrFe1-xCuxO3-δ（x=0.1-0.3）为立方相结构,SrFe O3-δ为四方相结构。电导率弛豫测试表明,Cu掺杂量越大,材料的Dchem和kchem值越大。SrFe0.7Cu0.3O3-δ具有最好的氧化还原催化性能,其在700°C下的极化电阻为0.107?cm-2,阳极支撑电池Ni O-YSZ|YSZ|CGO|SFC0.3的输出功率密度达到0.85 W cm-2,电荷转移过程是该阴极上ORR反应的速率控制步骤。第一性原理计算结果证实,Cu的引入降低了氧空位的形成能,有利于Cu掺杂后的SrFe O3中产生更多的氧空位。采用甘氨酸-燃烧法合成SrFe1-xNixO3-δ（x=0.1-0.2）阴极材料。XRD测试结果表明SrFe1-xNixO3-δ为立方相结构。电导率测试表明,SrFe0.8Ni0.2O3-δ的电导率值更大,其峰值为399.7 S cm-1。SrFe0.8Ni0.2O3-δ对氧还原反应的催化性能更好,在700°C下极化电阻为0.093?cm2,其电解质支撑电池Ni O-YSZ|CGO|SrFe0.8Ni0.2O3-δ的输出功率密度达到0.30 W cm-2。SrFe0.8Ni0.2O3-δ阴极上ORR反应的速率控制步骤为三相界面的电荷转移反应过程。采用甘氨酸-燃烧法制备了SrFe1-xSnxO3-δ（x=0.05-0.15）钙钛矿氧化物。XRD测试结果表明,SrFe1-xSnxO3-δ（x=0.05-0.15）氧化物均为立方相结构。SrFe0.85Sn0.15O3-δ的电导率最大,其峰值为29.6 S cm-1。SrFe0.95Sn0.05O3-δ对氧还原反应的催化性能最好,在700°C下极化电阻为0.12?cm2,其电解质支撑电池Ni O-YSZ|CGO|SFSn0.05的输出功率密度达到0.28 W cm-2。SrFe0.95Sn0.05O3-δ阴极上ORR反应的速率控制步骤为氧气在多孔电极中的扩散过程。
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