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Y和Gd掺杂对IT-SOFCs阴极材料BaCe0.1Co0.4Fe0.5O3-δ的性能影响

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固体氧化物燃料电池（SOFCs）因具有高效率、低排放、燃料灵活、催化剂廉价等优势被认为是未来解决能源问题的优选方案。然而，中低温条件下，SOFCs阴极反应较高的活化能造成较大的极化电阻使SOFCs的性能不容乐观。目前，通过应用具有优良性能的中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFCs）阴极材料或者减小电解质厚度的方法，可以使IT-SOFCs的性能大大提高。基于这一点，本文展开对IT-SOFCs新型阴极材料的研究。 本论文采用改性的Pechini法分别合成了BaCe0.1Co0.4Fe0.5O3-δ（BCCF），Y和Gd掺杂的BaCe0.1Co0.4Fe0.4Y0.1O3-δ（BCCFY）与BaCe0.1Co0.4Fe0.4Gd0.1O3-δ（BCCFG）三种钙钛矿材料。用XRD技术分别对三种材料的单个物相和其分别与电解质材料Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）和BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3（BZCYYb）等比例混合1050℃焙烧3h后的混合相进行分析，结果表明三种化合物均为单一的立方钙钛矿相，而且与SDC、BZCYYb有较好的化学兼容性。并且对其进行了粉体微观形貌观察、变温电子电导率测试、氧程序升温脱附（O2-TPD）性能测试、高温热膨胀系数（TEC）测定、碘滴定测氧空位分析以及其作为IT-SOFCs阴极的电化学性能研究。 首先将三种材料分别作为氧离子传导型固体氧化物燃料电池（SDC作电解质）的阴极材料，分别制成阳极支撑型单电池Ni-SDC∣SDC∣BCCF，Ni-SDC∣SDC∣BCCFY，Ni-SDC∣SDC∣BCCFG。在相同条件下对它们的电输出性能和电化学阻抗性能进行了考察。实验表明：700℃时，三种电池的最大输出功率密度分别为913.94、998.30、1401.03mW·cm-2，电池的极化电阻分别为0.020、0.014、0.012Ω·cm2。说明掺杂Y和Gd后的材料作为氧离子传导型固体氧化物燃料电池的阴极材料更为理想。 然后将三种材料分别作为质子传导型固体氧化物燃料电池（BZCYYb作电解质）的阴极材料，分别制成阳极支撑型单电池Ni-BZCYYb∣BZCYYb∣BCCF，Ni-BZCYYb∣BZCYYb∣BCCFY，Ni-BZCYYb∣BZCYYb∣BCCFG。同样在相同条件下对它们的电输出性能和电化学阻抗性能进行了考察。结果表明700℃时，三种电池的最大输出功率密度分别为531.16、647.7、627.83mW·cm-2，电池的极化电阻分别为0.035、0.028、0.027Ω·cm2。由此说明，掺杂Y和Gd后的材料作为质子传导型固体氧化物燃料电池的阴极材料同样较为理想。 综合三种材料作为IT-SOFCs阴极的表现，表明Y和Gd掺杂BaCe0.1Co0.4Fe0.5O3-δ（BCCF）作为IT-SOFCs的阴极材料有较优越的电化学性能，这与其具有相对较多的氧空位等特性相符合。研究结果表明BCCFY和BCCFG作为中温氧离子导体固体氧化物燃料电池阴极具有更广的前景。

著录项

  • 作者

    王青;

  • 作者单位

    山西师范大学;

  • 授予单位 山西师范大学;
  • 学科 化学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张丽敏;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    掺杂; 阴极材料;

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