a位陽離子缺位固體氧化物燃料電池陰極材料la0.5ba0.5coo3δ研究

1、碩士學(xué)位論文A 位陽離子缺位固體氧化物燃料電池陰極材料L a o ．5 B a o ．5 C 0 0 3 ．6 研究S t u d i e so f A ·s i t ec a t i o n —d e f i c i e n t L a o ．s B a o ．5 C 0 0 3 ．5 a sc a t h o d em a t e r i a l o f s o l i do x i d ef u e lc e l l s

2、 m a t e r i a lo l s o l i do x i d e f u e lc e l l s學(xué) 號(hào)： 2 1 1 0 2 0 5 3完成日期： 壟Q ! 壘生墨旦大連理工大學(xué)D a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要固體氧化物燃料電池( S o l i d O x i d e F u e l C e l l ，S O F C

3、 ) 是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的能源轉(zhuǎn)換裝置，具有高效、環(huán)保、燃料適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，是極具應(yīng)用前景的新能源技術(shù)之一。目前，S O F C 的發(fā)展方向是將S O F C 的工作溫度由1 0 0 0 ℃以上高溫降低至6 0 0 ～8 0 0 ℃中溫范圍，以提高電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、延長電池使用壽命并降低電池運(yùn)行成本。在中溫范圍內(nèi)，陰極材料成為決定電池性能的重要因素之一，研究開發(fā)在6 0 0 “ - 8 0 0 ℃中溫范圍內(nèi)具有優(yōu)良電化學(xué)反應(yīng)活性的陰

4、極材料對(duì)于提高中溫S O F C 輸出功率與綜合性能、促進(jìn)其發(fā)展與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。C o 基鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物( A B 0 3 ) 具有高離子．電子混合電導(dǎo)率與高氧還原催化活性，是重要的中溫S O F C 陰極材料。陰極材料的物理、化學(xué)性能與其組成成分與化學(xué)缺陷等密切相關(guān)。本論文以立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中溫S O F C 陰極材料L a 0 ．5 B a o ．5 C 0 0 3 - 6 為研究對(duì)象，通過對(duì)其A 位陽離子( L a 3

5、+ 、B a 2 + ) 含量進(jìn)行調(diào)控，在結(jié)構(gòu)中引入不同種類與含量的A位陽離子缺位，探索L a 0 ．5 B a o ．5 C 0 0 3 - 6 陰極材料電化學(xué)性能優(yōu)化的可行途徑，并對(duì)A 位陽離子缺位類型與含量對(duì)相結(jié)構(gòu)、氧含量、化學(xué)缺陷、化學(xué)穩(wěn)定性、電學(xué)與電化學(xué)性能的影響規(guī)律與機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究、分析，主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：一、L a 3 + 缺位對(duì)L a o ．5 ．。B a o ．5 C 0 0 3 - 6 ( x = 0 ．0

6、 2 5 ．0 ．0 7 5 ) 氧化物結(jié)構(gòu)與性能的影響1 ．采用溶膠．凝膠( s 0 1 ．g e l ) 法制備了L a 3 + 缺位氧化物L(fēng) a o ．5 _ x B a o ．5 C 0 0 3 4 i( x = O ．0 2 5 ．0 ．0 7 5 ) ，粉末X R D 結(jié)果表明，L a 3 + 缺位對(duì)L a 0 ．5 ．。B a o ．5 C 0 0 3 ．6 晶格常數(shù)影響很小，L a o ．5 - 。B a o ．5 C

7、0 0 3 - 6 與電解質(zhì)材料G D C 在1 0 5 0 。C 以下溫度具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性；碘滴定結(jié)果證明，樣品的氧含量隨L a ”缺位量增大逐漸減小，氧空位濃度逐漸增大；2 ．利用直流四電極方法測試了空氣中不同溫度下L a o ．5 - 。B a o ．5 C 0 0 3 ．6 的電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)隨溫度升高電導(dǎo)率減小，而在相同溫度下隨L a 3 + 缺位量而變化，所有樣品的電導(dǎo)率滿足中溫S O F C 對(duì)陰極材料電導(dǎo)率的要求；3 ．

8、利用交流阻抗譜儀器測試了L a 0 ．5 - 。B a o ．5 C 0 0 3 _ f l G D C ／L a o ．5 - ，B a o ．5 C 0 0 3 - 6 對(duì)稱電池在空氣中不同溫度下的電化學(xué)特性，分析了L a o ．5 - ，B a o ．5 C 0 0 3 ．6 陰極的電化學(xué)性能。測試結(jié)果表明，引入L a 3 + 缺位使L a o ．5 - 。B a o ．5 C 0 0 3 ．6 的電化學(xué)性能顯著提高；4 ．在所研

9、究樣品中，樣品L a L 0 ．4 5 B a o ．5 C 0 0 3 ．6 具有最好的電化學(xué)性能，其中6 0 0 。C 下A S R 值為0 ．0 7 1 f 2 ·c m 2 ，比相同條件下制備的沒有L a 3 + 缺位原始樣品的A S R 值降低高達(dá)7 6 ％，7 0 0 。C 下A S R 值為O ．0 1 7 f 2 ·c m 2 ，A S R 值降低6 7 ％，是一種具有應(yīng)用前景的新型中溫S O F C