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抗铬毒化、高性能固体氧化物燃料电池阴极材料研究

作　者: 刘珩
导　师: 朱新坚
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 固体氧化物燃料电池 阴极 抗铬毒化 浸渍法 交流阻抗谱图
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


中温（700800°C）固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）运行性能稳定,热应力小,电池寿命长,且可使用廉价、导电性高、易加工的双极板金属合金材料。并以不锈钢Cr合金最有广泛应用前景。但是,Cr合金用于SOFC的双极板时,传统的（La,Sr）MnO3 （LSM）和（La,Sr）（Co,Fe）O3 （LSCF）等阴极材料由于受到铬毒化而性能迅速下降。因此寻找新的高性能且具有抗铬毒化性的阴极材料迫在眉睫。LaNi0.6Fe0.4O3-δ （LNF）材料具有良好的抗铬毒化性能和较高的电化学催化性能。本文研究了LaNi0.6Fe0.4O3-δ阴极材料的制备方法、性能表征和性能改进。低温燃烧法制备了LaNi0.6Fe0.4O3-δ材料。X射线衍射（XRD）显示600°C煅烧后前驱体可得单一钙钛矿结构相,透射电镜（TEM）显示颗粒大小为50-100nm。LaNi0.6Fe0.4O3-δ与Sc0.1Zr0.9O1.95 （ScSZ）在1100°C反应生成大量绝缘相La2Zr2O7。丝网印刷法制备LNF/ScSZ/LNF对称电池。交流阻抗谱显示1050°C煅烧的电池阴极极化电阻最小,于850°C、800°C、750°C、700°C和650°C,极化电阻分别0.12Ω·cm2、0.28Ω·cm2、0.70Ω·cm2、1.91Ω·cm2和5.62Ω·cm2。Fe-Cr合金存在时,阴极欧姆电阻和极化电阻皆随时间延长而增加。阴极/电解质界面沉积少量低导电性Cr2O3（s）,减缓活性粒子在三相界面的扩散,增加阴极极化电阻。首次采用浸渍法合成LaNi0.6Fe0.4O3-δ-Gd0.2Ce0.8O2-α新型复合阴极。Gd0.2Ce0.8O2-α （GDC）浸渍量x=21%的LNF-GDC复合阴极（LNF-GDC21）性能最优,在850°C、800°C、750°C、700°C和650°C,其极化电阻分别为0.03Ω·cm2、0.06Ω·cm2、0.12Ω·cm2、0.29Ω·cm2和0.71Ω·cm2。750°C复合阴极极化电阻（0.12Ω·cm2）约比纯LNF（0.70Ω·cm2）降低7倍。LNF-GDC21复合阴极的活化能为所有阴极中最小,为136.80kJ/mol。Fe-Cr合金存在时,欧姆电阻和极化电阻在0610h随时间延长缓慢增长,6341042h其极化电阻稳定在2.94Ω·cm2,欧姆电阻稳定在0.92Ω·cm2。阴极/电解质界面铬沉积很少,因此LNF-GDC21新型复合阴极能在Fe-Cr合金毒化1042h还保持低极化电阻和稳定性。LNF-GDC21新型复合阴极具有很高的抗铬毒化性能和稳定性。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-39
  1.1 引言  11-13
  1.2 固体氧化物燃料电池简述  13-15
    1.2.1 固体氧化物燃料电池的优点  13
    1.2.2 固体氧化物燃料电池的工作原理  13-15
  1.3 固体氧化物燃料电池的结构类型  15-18
    1.3.1 管式固体氧化物燃料电池  16-17
    1.3.2 平板式固体氧化物燃料电池  17-18
    1.3.3 其他类型的固体氧化物燃料电池  18
  1.4 铬毒化机理及抗铬毒化阴极材料研究现状  18-28
    1.4.1 传统阴极材料  18-20
    1.4.2 铬对阴极毒化的机理  20-22
    1.4.3 抗铬毒化阴极研究现状  22-28
  1.5 论文的研究思想和内容  28-31
  参考文献  31-39
第二章 LaNi0.6Fe0.403-δ粉体的制备及性能研究  39-49
  2.1 引言  39-40
  2.2 LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)粉体制备  40
  2.3 粉体性能表征  40-44
    2.3.1 燃烧特性分析  40-42
    2.3.2 晶体类型分析  42-43
    2.3.3 颗粒分析  43-44
  2.4 LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)与Sc0.1Z10.901.95匹配研究  44-45
  2.5 本章小结  45-47
  参考文献  47-49
第三章 LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)/Sc_(0.1)Zr_(0.9)O_(1.95)/LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)δ对称电池制备及性能研究  49-62
  3.1 引言  49-50
  3.2 电池制备及组装  50-52
  3.3 电池性能表征  52-56
    3.3.1 阴极形貌分析  52-53
    3.3.2 阴极电化学性能分析  53-56
  3.4 铬对阴极性能影响  56-59
    3.4.1 铬对阴极电化学性能影响  56-57
    3.4.2 阴极界面分析  57-59
  3.5 本章小结  59-60
  参考文献  60-62
第四章 浸渍法合成LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)-Gd_(0.2)Ce_(0.8)0_(2-α)复合阴极材料及性能研究  62-78
  4.1 引言  62-63
  4.2 复合阴极制备和电池组装  63-64
    4.2.1 浸渍法合成复合阴极  63-64
    4.2.2 复合阴极性能表征及电池组装  64
  4.3 复合阴极性能表征  64-70
    4.3.1 复合阴极形貌分析  64-66
    4.3.2 复合阴极电化学性能分析  66-70
  4.4 铬对复合阴极性能影响  70-74
    4.4.1 铬对复合阴极电化学性能影响  70-72
    4.4.2 复合阴极界面分析  72-74
  4.5 本章小结  74-76
  参考文献  76-78
第五章 全文总结与展望  78-80
  5.1 总结  78-79
  5.2 展望  79-80
致谢  80-81
学术论文和科研成果  81

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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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