应用于中温SOFC阴极材料(铁酸锶镧)的制备与表征

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该工作针对发展中温固体氧化物燃料电池(SOFC)的迫切需要,探索与以钐掺杂的氧化铈(SDC)为电解质的铁酸锶镧(La<,0.7>S<,0.3>FeO<,3>,LSF)阴极体系,研究了烧结温度,阴极组成,制备方法等实验条件对阴极阻抗的影响.并分别用固相反应法,甘氨酸法和溶胶凝胶法制备LSF-SDC阴极,同时用共沸蒸馏法研制掺杂氧化铈的超细粉体.该文共分四章.第一章综述了燃料电池的发展情况,以及固体氧化物燃料电池(SOFC)的一些基本结构,并且对于SOFC的阴极材料的要求和现阶段的发展作了着重阐述.第二章先介绍了LSF作为一种比较新型的阴极材料的一些优越性能,以及用LSF-SDC作为混合阴极的发展前景.用固相法制备了LSF粉体,用共沉淀法制备SDC粉体,分别在1100℃和750℃热处理,相分析表明它们分别形成了钙钛矿型结构的LSF和萤石结构的SDC.然后将1:1(wt)比的LSF和SDC作为混合阴极材料,丝网印刷在SDC衬底上,在850℃-1000℃之间共烧,阻抗谱图分析表明,在950℃处理两小时的混合阴极的界面电阻最小,在700℃测量时已经小于0.2 Ω cm<2>.温度高于或者低于950℃都会导致界面阻抗的上升.将LSF与SDC按照不同质量比混合,用交流阻抗谱图分析其界面性能.结果表明,纯LSF的界面阻抗较大,加入电解质SDC可有效的提高起阴极性能,随着SDC含量进一步增加,界面性能下降.并且在LSF与SDC在质量比为1:1时,混合阴极的界面电阻最小,达到了纯LSF阴极电阻值的七分之一左右.第三章用甘氨酸法制备LSF和SDC粉体,利用甘氨酸法制备的粉体具有粒径小,比表面积高,易烧结等特点,混合阴极的热处理最佳温度为900℃,此时界面电阻最小.然后用sol-gel法制备SDC与甘氨酸法制备的LSF合成混合阴极,混合阴极的热处理最佳温度也为900℃.但是总的来说,甘氨酸法和sol-gel法所得的阴极,界面电阻比固相反应法要大.经过XRD分析,表明用甘氨酸法制备的LSF粉体,含有杂相,这可能就是混合阴极性能没有提高的原因.第四章利用非均相的共沸蒸馏技术有效地对水合胶体进行脱水处理,防止硬团聚的形成,制备了超细掺杂氧化铈(Ce<,0.8>Y<,0.2>O<,1.9>)陶瓷粉体,并对该电解质材料的电化学性能进行了表征.
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