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Sm掺杂CeO_2与Y掺杂BaCeO_3复合电解质材料的制备和性能研究

作 者: 郝学光
导 师: 刘晓梅
学 校: 吉林大学
专 业: 凝聚态物理
关键词: 固体氧化物燃料电池 复合电解质 功率密度 开路电压
分类号: TM911.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 108次
引 用: 4次
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内容摘要


本论文以Sm掺杂CeO2电解质为主要的研究对象,利用复合材料的设计思想,探索降低CeO2基电解质电子电导、提高电解质离子电导、提高SOFC性能。采用甘氨酸-硝酸盐法合成了SDC、GDC电解质样品,在400-800oC范围内SDC要比GDC样品的直流电导高;用SDC电解质制备成单电池,进行了输出性能测试,8000C时单电池功率密度为170mW/cm2。利用溶胶凝胶法制备了BaCe0.8Y0.2O3-δ(BCY20)电解质,热膨胀测试表明BCY20在600oC附近发生了温度诱导相变,由低温时的正交相转变为高温时的立方相。分别测试了BCY20电解质在空气气氛和氢气气氛下的直流电导率,测试结果表明400-600 OC的范围内氢气气氛电导率大于空气气氛的电导率,而在600-800 OC趋于一致。用BCY20电解质制备成单电池进行了输出性能测试,800oC时单电池功率密度为50mW/cm2。用固相法制备复合电解质SDC-BCY20。测试结果表明当SDC与BCY20质量比为85:15(SB8515)时复合电解质材料的直流电导率在400-750oC的温度范围内均比SDC高;用SDC与BCY20质量比为75:25(SB7525), SB8515复合电解质制备的单电池的输出功率在750oC大于用SDC、BCY20单一电解质制成的单电池输出功率;用复合电解质材料制备的单电池的开路电压高于SDC单电池的开路电压。

全文目录


提要  4-7
第1章 绪论  7-21
  1.1 引言  7-9
  1.2 SOFC 工作原理  9-10
  1.3 SOFC 的优缺点  10-12
  1.4 SOFC 的发展现状  12-14
  1.5 萤石型氧离子导体的缺陷化学  14-16
    1.5.1 缺陷化学基本方程式  14-15
    1.5.2 离子电导率  15-16
  1.6 ABO_3钙钛矿型氧化物质子导体的传导机理  16-19
  1.7 复合材料在固体氧化物燃料电池中的应用  19-20
  1.8 本研究工作的内容和意义  20-21
第2章 甘氨酸-硝酸盐法制备CEO_2基电解质及其性能研究  21-32
  2.1 引言  21-22
    2.1.1 甘氨酸-硝酸盐法  21-22
  2.2 CEO_2基电解质样品的制备  22-23
  2.3 样品的测试和结果分析  23-31
    2.3.1 样品的XRD 谱  23-24
    2.3.2 样品的直流电导率  24-26
    2.3.3 SDC 空气气氛下的阻抗谱测试  26-28
    2.3.4 SDC 电解质电池的性能研究  28-31
  2.4 小结  31-32
第3章 Y 掺杂BACEO_3电解质的制备及性能研究  32-40
  3.1 引言  32-33
  3.2 采用溶胶-凝胶法制备BCY20 电解质  33
    3.2.1 样品的制备  33
  3.3 样品的测试和结果分析  33-39
    3.3.1 样品的XRD 谱分析  33-34
    3.3.2 热膨胀系数(Thermal Expansion Coefficient)  34-35
    3.3.3 BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)的高温直流电导  35-37
    3.3.4 空气气氛下阻抗谱测试  37
    3.3.5 BCY20 电解质电池的性能研究  37-39
  3.4 小结  39-40
第4章 SDC-BCY20 复合电解质的制备及性能研究  40-57
  4.1 引言  40-42
  4.2 复合电解质的制备  42
  4.3 样品的测试和结果分析  42-56
    4.3.1 XRD 谱分析  42-44
    4.3.2 SEM 测试  44-45
    4.3.3 热膨胀系数(Thermal Expansion Coefficient)  45-46
    4.3.4 空气气氛下的高温直流电导率  46-47
    4.3.5 空气气氛下的阻抗谱图  47-52
    4.3.6 复合电解质电池的性能研究  52-56
  4.4 小结  56-57
第5章 结论与展望  57-59
参考文献  59-65
攻读硕士期间已发表文章目录  65-66
致谢  66-67
摘要  67-69
ABSTRACT  69-71

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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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