BaFeO3-δ基混合導(dǎo)體陰極材料的中溫電化學(xué)性能.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFCs)作為一種可持續(xù)發(fā)展的能源轉(zhuǎn)換裝置，已經(jīng)受到世界廣泛的關(guān)注。近年來，由于新型電解質(zhì)材料的出現(xiàn)和薄膜技術(shù)的應(yīng)用，電解質(zhì)的歐姆損失問題得到了有效解決。因此，人們將研究的重點(diǎn)放在改善陰極的電化學(xué)性能上。本文以無鈷鈣鈦礦型BaFeO3為母體進(jìn)行B位摻雜，以得到的混合導(dǎo)電陰極和電解質(zhì)復(fù)合陰極為主要研究對象，研究了材料的相結(jié)構(gòu)、陽離子的價(jià)態(tài)變化、微觀結(jié)構(gòu)等因素對陰極電化學(xué)性能的影響，通過分析陰極上的氧還原反應(yīng)步驟，找到

2、改善陰極電化學(xué)性能的關(guān)鍵。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過傳統(tǒng)固相法合成了BaFe1-xCuxO3-δ(x=0.05-0.15)粉體材料。研究發(fā)現(xiàn)，Cu的摻雜可以有效降低材料的熱膨脹系數(shù)，且該系列陰極材料與CGO電解質(zhì)具有良好的化學(xué)相容性。陰極的極化電阻(Rp)隨Cu的摻入量的增多而減小，BaFe0.85Cu0.15O3-δ陰極的Rp值最小，700℃時(shí)為0.35Ω cm2。為了進(jìn)一步增強(qiáng)該陰極材料的離子導(dǎo)電性，降低材料的極化電阻，

3、選取BaFe0.85Cu0.15O3-δ與CGO電解質(zhì)進(jìn)行復(fù)合。其中BFCO-40CGO在700℃具有最小的Rp值，為0.071Ω cm2，與未復(fù)合的BaFe0.85Cu0.15O3-δ陰極材料相比，減小了近80％。⑵通過高溫固相法合成了BaFe1-xInxO3-δ(x=0.10-0.20)陰極材料。結(jié)果表明，In的摻入提高了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過碘量滴定法測得BaFe1-xInxO3-δ系列陰極材料具有較大的非化學(xué)計(jì)量比δ數(shù)值，這意味

4、著陰極材料具有較高的氧空位濃度和電催化活性。其中BaFe0.9In0.1O3-δ陰極在700℃下的極化電阻值為0.25Ω cm2。由于合成的BaFe09In0.1O3-δ陰極材料具有較大的熱膨脹系數(shù)，不利于電池的長時(shí)間循環(huán)穩(wěn)定性。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，通過適量的摻雜，Sr-O鍵取代Ba-O鍵可以降低材料的熱膨脹系數(shù)。為此，選擇對BaFe09In0.1O3-δ的A位摻雜Sr，研究了Ba0.6Sr0.4Fe0.9In0.1O3-δ作為陰極材料的可行性。

5、⑶采用甘氨酸硝酸鹽法合成了BaFe1-xNixO3-δ(x=0.15-0.25)陰極材料，Ni的摻雜進(jìn)一步提高了材料的離子-電子混合電導(dǎo)率，其中BaFe0.75Ni0.25O3-δ陰極的電導(dǎo)率最高值為19 S cm-1，高于已報(bào)道的BaCo0.7Fe0.2Ni0.1O3-δ電極材料，且該材料具有較高的催化活性，700℃時(shí)的極化電阻值為0.095Ω cm2，低于傳統(tǒng)的鈷基鈣鈦礦陰極材料。陰極的過電位為-30 mV時(shí)，陰極的電流密度達(dá)到-1