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中温固体氧化物燃料电池多孔阴极的改性

作　者: 孔令平
导　师: 吕喆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 固体氧化物燃料电池 阴极 复合阴极 电化学性能 真空辅助化学镀银
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


阴极是固体氧化物燃料电池(SOFC)的关键部件之一,其性能的提高一直是研究和开发SOFC的重要工作。Ba0.5Sr0.5Zn0.2Fe0.8O3–δ(BSZF)和Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3–δ(BSCF)体系是两种新型的SOFC中温阴极材料,本文主要是通过引进中温电解质、纳米金属颗粒和压力处理这三种较新实验手段提高这两种阴极材料的性能。为了提高BSZF的氧离子电导率,我们选择了一种离子电导率较高的中温固体电解质Ce0.9Gd0.1O1.95 (GDC)与之混合制成了BSZF-xGDC复合阴极(x为GDC在总质量中所占的百分比);为了进一步提高电极的电子电导率和氧还原催化活性,在此基础上利用真空辅助化学镀(Vacuum Assisted Electroless Plating, VA-EP)方法在多孔BSZF-xGDC复合阴极上沉积纳米银颗粒进行表面修饰。我们通过半电池电化学交流阻抗谱(EIS)的测试发现,BSZF-xGDC的电化学性能明显好于纯的BSZF,其中BSZF-40GDC的性能要比BSZF-30GDC的性能更优,在650°C时BSZF-30GDC的总极化阻抗为1.08?·cm2,BSZF-40GDC的总极化阻抗为0.69?·cm2,仅为纯BSZF的37%,大大提高了阴极的性能。在此基础上我们对复合阴极(BSZF-xGDC)进行了真空辅助化学镀银(BSZF-xGDC-Ag),结果发现BSZF-40GDC-Ag的性能并没有多少提高,而BSZF-30GDC-Ag的性能提高的比较明显,其中镀银时间为90s时它的电化学性能最好。镀银时间为90s的BSZF-30GDC阴极在600°C的总极化阻抗为2.47?·cm2,相对于BSZF-30GDC减小了25%。并且修饰后的电极的活化能也普遍变小了,40s的时候电极的活化能最小为134kJ·mol-1,比BSZF-30GDC减小了11%。研究中我们发现对BSCF粉末进行加压处理可以减小电极的极化电阻,经过表观压强为700MPa的压力处理后BSCF的电化学性能优异,在700°C时,加压处理的BSCF的总极化阻抗为0.029?·cm2,仅为未进行压力处理的BSCF总极化阻抗的61%。上述这些结果表明,添加GDC、化学镀银以及压力处理都是可以改善中温SOFC的阴极材料性能的有效手段。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-20
  1.1 燃料电池  9-11
    1.1.1 燃料电池的特点  9-10
    1.1.2 燃料电池的种类  10-11
  1.2 固体氧化物燃料电池  11-12
  1.3 中温固体氧化物燃料电池  12-13
  1.4 国内外发展现状  13-14
  1.5 SOFC的阴极材料  14-19
    1.5.1 阴极的特点  14
    1.5.2 阴极的研究进展  14-15
    1.5.3 中温SOFC阴极材料  15-17
    1.5.4 阴极材料的改性  17-19
  1.6 本文研究内容  19-20
第2章 BSZF-xGDC复合阴极的性能研究  20-33
  2.1 概述  20
  2.2 样品的制备  20-22
    2.2.1 固相法制备 Ba_(0.5)Sr_(0.5)Zn_(0.2)Fe_(0.8)O_(3–δ)样品  21
    2.2.2 电解质材料的选取  21
    2.2.3 使用BSZF-GDC复合阴极的半电池制备过程  21-22
  2.3 BSZF的基本物性研究  22-26
    2.3.1 物相分析  22-23
    2.3.2 高温电导率测试  23-26
  2.4 BSZF-xGDC的电化学测试  26-32
    2.4.1 GDC的加入对电极阻抗的影响  27-29
    2.4.2 GDC的加入对活化能的影响  29-30
    2.4.3 GDC的加入对微观形貌的影响  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章 真空辅助化学镀银修饰复合阴极前后性能的变化  33-46
  3.1 真空辅助化学镀银修饰复合阴极  33-34
    3.1.1 真空辅助化学镀介绍  33-34
    3.1.2 复合阴极真空辅助化学镀银过程  34
  3.2 电极修饰前后的电化学性能  34-39
    3.2.1 阻抗测试  34-37
    3.2.2 活化能变化  37-39
  3.3 纳米银颗粒在多孔阴极上的生长过程  39-40
  3.4 复合阴极修饰前后微观形貌的变化  40-44
  3.5 本章小结  44-46
第4章 压力作用对Ba_(0.5)Sr_(0.5)Cr_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)阴极材料的影响  46-53
  4.1 概述  46-47
  4.2 溶胶凝胶法制备Ba_(0.5)Sr_(0.5)Cr_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)样品  47-48
  4.3 物相分析  48
  4.4 压力作用对电极电化学性能的影响  48-52
    4.4.1 阻抗的影响  48-51
    4.4.2 活化能的变化  51-52
  4.5 压力作用对微观形貌的影响  52
  4.6 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-60
附录1 实验所需仪器  60-61
附录2 实验所需试剂  61-62
攻读学位期间发表的学术论文  62-64
致谢  64

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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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