固體氧化物燃料電池GDC-ESB雙層電解質(zhì)的制備及性能研究.pdf

1、由于固體氧化物燃料電池（SOFC）電解質(zhì)Ga0.2Ce0.8O2-δ（GDC）在低氧分壓下存在部分電子電導(dǎo)，影響電池開(kāi)路電壓（OCV）與輸出功率，而作為純離子電導(dǎo)的Er0.6Bi1.4O3-δ（ESB）電解質(zhì)在還原氣氛下不穩(wěn)定，也會(huì)影響電池性能。本論文針對(duì)這一問(wèn)題制備了GDC/ESB雙層電解質(zhì)并進(jìn)行研究。用溶膠凝膠法合成了純相的ESB電解質(zhì)粉體，GDC電解質(zhì)材料、La0.2Sr0.8CoO3-δ（LSC）陰極材料和NiO陽(yáng)極材料使用商業(yè)

2、化的產(chǎn)品。
　　對(duì)合成的ESB電解質(zhì)材料進(jìn)行研究，ESB在低于600℃的溫度下煅燒5h，并不能很好地成相，會(huì)有部分Bi2O3存在，而在850℃煅燒5 h后發(fā)生了分解，析出Bi2O3和Bi，同時(shí)還產(chǎn)生了Er2O3，在700與800℃下煅燒5 h則生成的是純相的ESB。對(duì)ESB的熱膨脹系數(shù)測(cè)試得出在25-700℃溫度范圍內(nèi)ESB的平均熱膨脹系數(shù)（TEC）為15.91×10-6 K-1，略大于GDC在50-900oC的平均熱膨脹系數(shù)12

3、.9×10-6 K-1，當(dāng)溫度高于700℃時(shí)，ESB會(huì)出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。ESB在700℃下的電導(dǎo)率達(dá)到了0.236 S cm-1。這表明，ESB在中溫下具備作為SOFC電解質(zhì)的性能。
　　對(duì)由電解質(zhì)支撐的單電池 NiO-GDC/YSZ/ESB-LSC、NiO-GDC/GDC/ESB-LSC和NiO-GDC/GDC/ESB/ESB-LSC進(jìn)行研究，三種電池在700 ℃的歐姆阻抗分別（Rohm）為：1.533、0.731和0.828Ωcm

4、2。電池的開(kāi)路電壓（OCV）分別為：1.0536、0.859和1.0416 V。電池的最大輸出功率（Pmax）分別為：98.88、170.63和179.98 mW cm-2。由于GDC在中低溫下的離子電導(dǎo)率要高于YSZ，因此GDC電解質(zhì)支撐的單電池在中溫范圍內(nèi)的阻抗和功率方面性能都優(yōu)于由 YSZ支撐的單電池。通過(guò)ESB電解質(zhì)層的制備能有效改善由于GDC的電子電導(dǎo)產(chǎn)生的低開(kāi)路電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)電池的最大輸出功率也有所提升。
　　流延法制

5、備的陽(yáng)極支撐NiO-GDC/GDC半電池在1400℃煅燒5h后可以得到致密的 GDC電解質(zhì)層。對(duì)流延法制備的NiO-GDC陽(yáng)極支撐的單電池NiO-GDC/GDC/ESB-LSC和NiO-GDC/GDC/ESB/ESB-LSC進(jìn)行研究，電池的阻抗相比于電解質(zhì)支撐電池的阻抗降低了很多。電池在700℃測(cè)得的Rohm分別為0.190和0.256Ωcm2。OCV為0.705和1.025 V。Pmax為211.28和350.26 mW cm-2。E