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Sm_(0.5-x)Gd_xSr_0.5CoO_(3-δ)电子-离子混合导体材料的电化学性能研究

作　者: 郭晓燕
导　师: 宋希文
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料学
关键词: 复合阴极 热膨胀系数 极化电阻 过电位
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着SOFC操作温度的降低,传统LSM阴极极化电阻显著增大,因此,开发新型阴极材料已成为SOFC领域研究热点之一。其中Sm0.5Sr0.5CoO3-δ在中低温500-700℃表现出了良好的阴极性能,是一种具有应用前景的阴极材料。结合包头稀土资源Sm、Gd共生的特点,本论文研究了Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ阴极材料的性能,并采用高离子电导率的电解质Sm0.2Ce0.8O2-δ（SDC）。采用固相法制备了钙钛矿型氧化物Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ（x=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5）粉体,低温燃烧法制备了固体电解质Sm0.2Ce0.8O2-δ（SDC）。利用XRD分析材料的物相组成,热膨胀仪测定了材料的热膨胀系数,交流阻抗法测试了Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的极化电阻,三电极法测试了Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的过电位,SEM观察电极的表面形貌及断面结构。结果表明:阴极粉体在1200℃热处理6h后形成正交钙钛矿型结构;从室温到800℃范围内,材料的平均热膨胀系数TEC为（11.43-14.35）×10-6℃-1,掺杂Gd3+以后Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ样品的热膨胀系数比Sm0.5Sr0.5CoO3-δ样品的热膨胀系数略有增加。Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的极化电阻与Gd3+掺杂量及SDC的含量密切相关。800℃时,随Gd3+掺杂量的增加,极化电阻先减小后变大,在Gd3+含量为0.1时极化电阻最小,其值为0.039Ωcm2;随SDC含量的增加,复合阴极的极化电阻是增加的,由SDC含量10%时的0.039Ωcm2增大到30%时的0.149Ωcm2。随测试温度的升高,电极极化电阻降低。Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的过电位在800℃时随Gd3+掺杂量的增加先减小后增大,随SDC含量的增加而增大,随着测试温度的升高（从500℃到800℃）过电位是减小的,与极化电阻的变化规律一致;复合阴极大约20μm,颗粒均匀,该种复合阴极有望成为中温固体氧化物燃料电池的阴极材料。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 文献综述  10-28
  1.1 前言  10
  1.2 燃料电池  10-12
    1.2.1 燃料电池简介  10-11
    1.2.2 燃料电池的类型  11-12
  1.3 固体氧化物燃料电池  12-15
    1.3.1 固体氧化物燃料电池的特点  12
    1.3.2 固体氧化物燃料电池的构造及结构类型  12-15
    1.3.3 固体氧化物燃料电池的工作原理  15
  1.4 固体氧化物燃料电池SOFC 阴极材料  15-24
    1.4.1 固体氧化物燃料电池SOFC 阴极材料的主要类型  16-18
    1.4.2 固体氧化物燃料电池SOFC 阴极材料的制备方法  18-20
    1.4.3 钙钛矿型结构AB0_3  20-21
    1.4.4 钙钛矿复合氧化物的非化学计量性和缺陷结构  21
    1.4.5 影响AB0_3 钙钛矿离子导电的结构因素  21-22
    1.4.6 常用的混合导体材料  22-24
  1.5 固体氧化物燃料电池SOFC 常见的阳离子导体固体电解质  24-26
  1.6 选题的目的及意义  26-28
    1.6.1 选题的目的  26
    1.6.2 选题的意义  26-28
2 实验内容  28-32
  2.1 实验设备  28
  2.2 实验原料  28
  2.3 粉体制备  28-30
  2.4 电极制备  30-32
3 实验数据及结果分析  32-46
  3.1 粉体表征（XRD）  32-33
  3.2 扫描电镜  33-34
  3.3 热膨胀系数曲线  34-36
  3.4 电化学分析  36-46
    3.4.1 交流阻抗  36-42
    3.4.2 电极过电位  42-46
结论  46-47
参考文献  47-53
在学研究成果  53-54
致谢  54

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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