中溫固體燃料電池電解質(zhì)材料的制備和電化學(xué)性能表征.pdf

1、燃料電池是舉世公認(rèn)的綠色能源技術(shù)之一。目前，中溫(150-400℃)固態(tài)燃料電池是燃料電池技術(shù)研發(fā)的最活躍領(lǐng)域之一。中溫固態(tài)燃料電池兼具高溫固態(tài)氧化物燃料電池和低溫質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)擯棄了他們的某些缺點(diǎn)。工作溫度在150-400℃間的燃料電池一方面能大幅提高貴金屬催化劑的一氧化碳耐受能力(從80℃的10-20ppm到200℃的3000ppm)，另一方面使采用金屬、合成樹脂等作為電池(堆)的連接和密封材料成為可能，從而降低電池

2、的成本，延長(zhǎng)其使用壽命。因此，中溫固態(tài)燃料電池越來(lái)越受到人們的重視。而發(fā)展中溫燃料電池的關(guān)鍵則是探索能夠在150-400℃溫度范圍內(nèi)工作的電解質(zhì)材料。 本論文工作緊緊圍繞這一主題展開，研究聚磷酸銨基質(zhì)子電解質(zhì)和焦磷酸錫的電化學(xué)性能，探索這些電解質(zhì)在中溫燃料電池中應(yīng)用的可行性，并研究這類電解質(zhì)的質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)理。 論文第一章介紹了燃料電池的工作原理和發(fā)展中溫固態(tài)燃料電池的重要性，綜述了中溫質(zhì)子導(dǎo)體(電解質(zhì))和電極材料的研究現(xiàn)狀

3、。 論文第二章就選擇的材料制備和性能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹，制備粉體方法是溶膠-凝膠法和固相反應(yīng)法，表征方法有交流阻抗譜技術(shù)及X射線衍射(XRD)技術(shù)、掃描電子顯微(SEM)技術(shù)等。 論文第三章用溶膠凝膠法制備了復(fù)合固體電解質(zhì)xNH<,4>PO<,3>-SiO<,2>(x=1，2，4)，并研究了該電解質(zhì)在125℃-250℃范圍內(nèi)的導(dǎo)電性能。復(fù)合電解質(zhì)的相結(jié)構(gòu)分析表明，NH<,4>PO<,3>和SiO<,2>在溶膠凝膠法制

4、備過程中沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；復(fù)合電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨著NH<,4>PO<,3>含量增大而提高，并與NH<,4>PO<,3>的形態(tài)相關(guān)。電導(dǎo)活化能隨NH<,4>PO<,3>含量的上升而下降，表明在Sol-gel法制備的復(fù)合電解質(zhì)中，起電導(dǎo)作用的主要是NH<,4>PO<,3>，而SiO<,2>主要起支撐作用；另外SiO<,2>比表面積對(duì)電導(dǎo)率的影響不大，表明在這種復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體中，基本上不存在電導(dǎo)的界面增強(qiáng)效應(yīng)；電導(dǎo)率隨著環(huán)境氣氛中含水量的提高而提

5、高，說(shuō)明水在傳導(dǎo)過程中起著重要作用。根據(jù)上述現(xiàn)象還提出了復(fù)合電解質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)理。 論文第四章用固相反應(yīng)法制備了不同P/Sn摩爾比的SnP<,2>O<,7>，P/Sn摩爾比分別為2.0,2.2，2.4，2.6，2.8和3.0，并研究了該電解質(zhì)在120℃-260℃范圍內(nèi)的導(dǎo)電性能。XRD分析表明SnP<,2>O<,7>為立方相結(jié)構(gòu)。熱重分析了電解質(zhì)在中溫范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。用交流阻抗譜測(cè)量了電解質(zhì)電導(dǎo)率，電導(dǎo)率隨著HPO<,3>在電解質(zhì)的