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文檔簡介
1、固體氧化物燃料電池因具有高效、低污染等優(yōu)點引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注,陰極材料是固體氧化物燃料電池中極其重要的組成部分。本文采用鈣鈦礦氧化物GdxSr1-xCoO3-δ(x=0.9~0.5)作為陰極材料,將其與電解質(zhì)Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)和CO3O4組成GSC-SDC和GSC-SDC-Co3O4一系列復(fù)合陰極,并對其相關(guān)性能進行了研究。
采用甘氨酸-硝酸鹽燃燒(CNP)法合成了GdxSr1-xCoO3-δ(
2、x=0.9~0.5)以及SDC,XRD圖譜表明GdxSr1-xCoO3-δ(x=0.9~0.5)在900℃燒結(jié)4h后已經(jīng)形成立方鈣鈦礦相,而SDC在700℃焙燒4h后形成立方螢石相。采用直流四電極法對GdxSr1-xCoO3-δ(x=0.9~0.5)和SDC燒結(jié)體的電導(dǎo)率進行了測量,GdxSr1-xCoO3-δ(x=0.9~0.5)的電子傳導(dǎo)符合小極化子導(dǎo)電機理,其中Gd0.8Sr0.2CoO3-δ(GSC)在中高溫區(qū)間擁有最高的電導(dǎo)率
3、,850。c時電導(dǎo)率達到了373S-cm-1;而SDC在測試溫度區(qū)間內(nèi)的電導(dǎo)活化能為0.62eV,在750℃的電導(dǎo)率為0.0742S·cm-1。
將GSC與SDC以不同的質(zhì)量比混合制備成復(fù)合陰極,通過GSC-SDC生坯的燒結(jié)曲線得出1100℃是復(fù)合陰極的最佳燒結(jié)溫度,從燒結(jié)體的SEM圖可以看出GSC和SDC晶粒都得到了良好的生長,平均顆粒大小為10μm,并且顯示出了多孔結(jié)構(gòu)。在30-1000℃溫度范圍內(nèi),GSC與SDC的熱
4、膨脹系數(shù)分別為23.1×10-6K-1和11.2×10-6K-1,而在GSC中分別加入20%和50%質(zhì)量比的SDC后,復(fù)合陰極的熱膨脹系數(shù)分別降為19.5×10-6K-1和13.4x10-6K-1,改善了陰極與電解質(zhì)熱膨脹系數(shù)不匹配的問題。以GSC-SDC為陰極,SDC為電解質(zhì)制備了半電池,半電池的交流阻抗譜表明隨著SDC在陰極中質(zhì)量比的提高,阻抗譜中低頻半圓逐漸變小,高頻的半圓逐漸占據(jù)著主要地位,意味著此時的電極控制步驟為氧離子由電極
5、向電解質(zhì)傳輸?shù)倪^程,GS64半電池具有最小的極化電阻,其在750℃時的極化電阻為0.289Ω·cm2。隨著測試溫度的降低,極化電阻也逐漸增加,此時低頻弧占據(jù)著主導(dǎo)地位,主要的速率控制步驟與氧擴散過程有關(guān)。
本文設(shè)計了NiO-SDC|SDC|GSC-SDC和NiO-SDC|SDC|GSC-SDC-Co3O4兩種不同陰極的單電池。以H2為燃料,測試了單電池在600~750℃下的電性能和開路條件下的阻抗。結(jié)果表明:在以GSC-S
6、DC為陰極的單電池中,隨著陰極中SDC的含量的增大,單電池的電性能也隨之提高,當(dāng)GSC與SDC的質(zhì)量比為6:4時,此時單電池性能達到了最優(yōu),750℃時的最高功率密度為330mW/cm2,極化電阻為0.195Ω·cm2;在以GSC-SDC-Co3O4為陰極的單電池中,GSC和SDC的質(zhì)量比固定為6:4,而隨著陰極中Co2O4含量的增大,單電池的電性能又能得到進一步的提高,在所測樣品中,當(dāng)陰極組成是GSC-SDC和Co3O4的質(zhì)量比為7:3
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