中温h2s固体氧化物燃料电池阳极材料制备及性能的研究论文

《中温h2s固体氧化物燃料电池阳极材料制备及性能的研究论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、Ph．D．Dissertat：ionInvestigationofanodematerialsforanodematerialsInVeStlgatlon0IintermediatetemperatureH2SsolidoxidefuelcellsByZHUXiufangSupervisedbyPYo{．ZHONGQinNanjingUniversityofScience&TechnologyMay，2012声明尸明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分

2、外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。研究生签名：基鱼茎yI缉r月1雷日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：象琴芳砂f2年j一月Ig日博士论文中温H2S固体氧化物燃料电池阳

3、极制备及性能研究摘要基于国内外固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展，针对其在高温及H2S燃气下的局限性，论文以中温H2SSOFC阳极材料为研究对象，采用实验与热力学软件分析相结合的方法，系统地研究了几种阳极材料的制备方法及其电化学性能，并构建以电解质为支撑的单电池，通过测试其电输出性能，筛选出最适合中温H2SSOFC的阳极材料。采用尿素燃烧法制备了不同掺杂量的钙钛矿结构Lao．7Sro．3Crl．。Y。03．6(简写为LSCY)阳极材料。经X．射线衍射(XRD)、H2S电导率及H2．程序升温还原(H2一TPR

4、)测试确定了LSCY的最适煅烧温度为1350℃、Y的最佳掺杂量为0．13、催化活性温度为600℃。以氧离子型Ceo．8Smo．201．9(SDC)电解质为支撑，构建单电池LSCYl3·SDCIISDCIIAg，在600℃及5％H2S燃气下，开路电压为0．85V，最大功率密度为12．42mW·cm～。单电池运行前后阳极材料的X射线光电子能谱(XPS)及光致发光光谱(PL)表征结果表明，Sr取代La后产生不带电的氧空位，为02‘传导提供了通道，扩大了H2S与O厶反应三相界面；Y掺杂后由于体系中存在离域的d电子，增

5、强了该阳极材料的电子电导性。采用溶胶燃烧法制备了Ceo．9Sro．1Cro．5Coo504．6(CSCCo)的前驱体粉末，1100℃及3％H2条件下还原5h得到萤石结构的CSCCo阳极材料。经XRD、H2．TPR及FT-IR等测试，结果表明CSCCo适合作为中温H2SSOFC的阳极材料。构建的CSCCo—SDCIISDCIIAg单电池，在600℃及5％H2S燃气下，开路电压为0．97V，最大功率密度为14．21mW·cm～。单电池运行前后阳极材料的XPS测试表明，Ce”的电子容易跃迁到Co”上，电子的这种跃迁

6、增强了阳极材料的电子电导性；生成的H20与阳极表面的氧空位作用产生羟基氧，其易与H2S中的H发生作用，提高了单电池在H2S燃气中的电输出性能。采用溶胶燃烧法制备了Ceo．9SrolCro．5Mno．504．a(CSCMn)前驱体粉末，在1100℃及3％H2条件下还原5h得到萤石结构的CSCMn阳极材料。经XRD、H2．TPR及HzS电导率等测试，确定CSCMn粉末适合作为中温H2SSOFC的阳极材料。构建的CSCMn．SDCIISDCIIAg单电池，在600℃及5％H2S燃气下，开路电压和最大功率密度分别为0

7、．95V和15．12mW·cm～。单电池运行前后阳极材料的XPS谱图表明，CSCMn体系中存在Ce3+电子跃迁至Mn4+上，电子的这种跃迁增大了材料的电子电导性；阳极表面的晶格氧转化为化学间隙氧，同时放出的氧空位把来自阴极的02。传导到阳极材料表面，扩大了H2S与02。反应的三相界面，提高了单电池的电输出性能。采用溶胶燃烧法制备了Ceo．9Sro．1Cro5Feo．503．a(CSCFe)前驱体粉末，经3％HE和100％H2还原分别得到钙钛矿结构和萤石结构的CSCFe阳极材料，通过XRD、H2．TPR及FT-

8、IR等测试表明，二者均适合作为中温H2SSOFC的阳极材料，由此构建的单电池CSCFe．SDCIISDCIIAg，在600℃及5％H2S燃气下，其最大电流密度分别为52．35mA·cm‘2和82．38mA·cm～，最大功率密度分别为17．75mW·cm。2和18．75mW·cm～，表明钙钛矿结摘要博一}二论文构的CSCFe阳极材料比萤石结构的催化活性要低一些，这是由于这两种CSCFe材料中Ce3+含