中低溫固體氧化物燃料電池新型CeO2基電解質(zhì)的研究.pdf

1、中低溫固體氧化物燃料電池(LITSOFC)將SOFC的操作溫度降低到400～800℃,解決了傳統(tǒng)SOFC因溫度過高帶來的材料選擇、制備等問題,成為近年來SOFC研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文從一種氧離子/質(zhì)子共傳導(dǎo)的新型CeO2基中低溫SOFC復(fù)合電解質(zhì)材料為出發(fā)點(diǎn),探討了相關(guān)的制備技術(shù)、結(jié)構(gòu)、電性能,最后對可能的傳導(dǎo)機(jī)理進(jìn)行了討論。
　　 用共沉淀法和燃燒法分別制備了Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)納米粉末,并構(gòu)造了單電池。電池性

2、能測試表明,由于SDC電導(dǎo)率不夠大和Ce4+在H2中的還原問題,限制了SDC基燃料電池開路電壓和功率密度的提高。
　　 分別采用SDC與(Li/Na)2CO3、(Li/K)2CO3和(K/Na)2CO3制備了SDC-碳酸鹽復(fù)合電解質(zhì)。碳酸鹽以無定形態(tài)存在并包覆在SDC顆粒上形成穩(wěn)定的復(fù)合物。對不同碳酸鹽含量的復(fù)合電解質(zhì)進(jìn)行了氧化性氣氛和還原性氣氛下的交流阻抗測試。氣氛中CO2、O2、H2和H2O含量對電導(dǎo)率的影響也進(jìn)行了考察。結(jié)

3、果表明復(fù)合電解質(zhì)的電導(dǎo)率與純SDC相比有明顯增大,并在熔點(diǎn)附近有顯著提高;低于電導(dǎo)率轉(zhuǎn)變溫度的電導(dǎo)增加來自于復(fù)合增強(qiáng)效應(yīng),高于轉(zhuǎn)變溫度的電導(dǎo)率由熔融態(tài)的碳酸鹽和復(fù)合物中超離子導(dǎo)電相變作用共同貢獻(xiàn)。
　　 交流電導(dǎo)研究并不能完全表征氧離子和質(zhì)子的導(dǎo)電情況,因此構(gòu)造復(fù)合電解質(zhì)單電池,對燃料電池環(huán)境(氫氣/空氣)下的直流導(dǎo)電情況進(jìn)行研究。結(jié)果表明碳酸鹽含量為20wt.％時(shí)的燃料電池具有最高的開路電壓和功率密度,650℃最大功率密度可達(dá)

4、580mW cm-2。燃料電池氣氛下的直流電導(dǎo)率變化趨勢與交流電導(dǎo)率一致,說明氧離子/質(zhì)子傳導(dǎo)特性與碳酸鹽的本征離子活動能力有關(guān)。
　　 用氣體濃差電池測得了復(fù)合電解質(zhì)在潮濕的氧化性氣氛下離子的傳輸數(shù),結(jié)果表明傳導(dǎo)以氧離子為主。用直流極化法測得復(fù)合電解質(zhì)在氧氣中的氧離子電導(dǎo)率和氫氣中質(zhì)子電導(dǎo)率,表明氧離子的傳導(dǎo)能力低于質(zhì)子的傳導(dǎo)能力。
　　 對復(fù)合電解質(zhì)中的導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行探討。認(rèn)為復(fù)合電解質(zhì)中氧離子在氧化物體相和兩相界面通