Y,Yb雙摻雜CeO2基SOFC直接氧化陽極制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種高效、清潔、經(jīng)濟(jì)的環(huán)境友好發(fā)電技術(shù)，因其高的能量轉(zhuǎn)化效率（40％～50%），有望取代傳統(tǒng)熱機(jī)。面臨全世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)，SOFC受到了廣泛關(guān)注。在使用易得且低價(jià)的碳?xì)浠衔锶剂蠒r(shí)，陽極上存在的碳沉積和硫毒化，限制了其在 SOFC上的廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的Ni-YSZ陽極在H2燃料中有良好性能，但存在碳沉積現(xiàn)象，而CeO2基材料因具有一定抗碳沉積和耐硫毒化的作用，有望成為替代陽極材料。本文擬采用Y和Yb對C

2、eO2進(jìn)行雙摻雜，以期獲得更高的電導(dǎo)率，更多的活性氧，從而得到具有良好抗積碳和耐硫毒化作用的Ni-Ce0.8YxYb0.2-xO2-δ新型陽極材料。
　　在本論文中我們分別采用甘氨酸燃燒法和草酸共沉淀法制備Ce0.8YxYb0.2-xO2-δ陽極材料。對材料的物相、電導(dǎo)率和熱性能等性能進(jìn)行了測試，同時(shí)測試了電解質(zhì)GDC的熱性能。通過對Ni-Ce0.8YxYb0.2-xO2-δ陽極材料基本性能以及與GDC的匹配性結(jié)果的分析，確定Ce

3、0.8Y0.1Yb0.1O2-δ材料為性能最佳陽極材料。
　　在此基礎(chǔ)上，制備了電解質(zhì)支撐和陽極支撐電池，對 Ni-Ce0.8Y0.1Yb0.1O2-δ陽極在H2和CH4中的放電性能和穩(wěn)定性進(jìn)行了測試。作為對比，對采用單摻雜的 Ni-Ce0.8Y0.2O2-δ、Ni-Ce0.8Yb0.2O2-δ、Ni-Ce0.9Gd0.1O2-δ陽極的電池也進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，Ni-Ce0.8Y0.1Yb0.1O2-δ陽極放電性能最佳，穩(wěn)定性最

4、好。在750℃下，以H2和CH4為燃料時(shí)，最大能量密度分別為247mW/cm2和163mW/cm2。在CH4中穩(wěn)定運(yùn)行80h以上，EDS分析表明此陽極無碳沉積現(xiàn)象。Y和Yb的雙摻雜明顯提高了 CeO2基陽極的抗碳沉積性能，改善了電池在 CH4中的放電性能和長期穩(wěn)定性。
　　最后，研究了雙摻雜陽極的耐硫毒化能力：采用含不同濃度H2S的H2作為電池燃料，分別對采用Ni-Ce0.8Y0.1Yb0.1O2-δ、Ni-Ce0.8Y0.2O2

5、-δ、Ni-Ce0.8Yb0.2O2-δ、Ni-Ce0.9Gd0.1O2-δ陽極電池的放電和穩(wěn)定性進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，雙摻雜的 Ni-Ce0.8Y0.1Yb0.1O2-δ陽極放電性能最佳，穩(wěn)定性最好。在700℃下，在 H2S濃度為5ppm和20ppm時(shí)，最大功率密度衰減分別為5%和12%。在110mA/cm2的電流密度下工作時(shí)，將燃料氣切換成5ppmH2S+H2，功率輸出衰減僅為0.6%。結(jié)果表明，Y和 Yb的協(xié)同作用提高了陽極的