抗碳耐硫的双钙钛矿结构固体氧化物燃料电池电极材料及性能

《抗碳耐硫的双钙钛矿结构固体氧化物燃料电池电极材料及性能》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、抗碳耐硫的双钙钛矿结构固体氧化物燃料电池电极材料及性能Performanceofdouble-perovskiteelectrodematerialswithcarbonresistanceandsulfurtoleranceforsolidoxidefuelcells作者姓名：牛冰冰专业名称：凝聚态物理研究方向：固体氧化物燃料电池指导教师：贺天民学位类别：理学博士培养单位：吉林大学物理学院论文答辩日期：2018年5月31日授予学位日期：年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得

2、对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究

3、生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士博士学科专业：凝聚态物理论文题目：抗碳耐硫的双钙钛矿结构固体氧化物燃料电池电极材料及性能作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：130012作者联系电话：15754325226摘要固体

4、氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以直接将燃料的化学能转化为电能的装置，具有高效率、低污染、燃料灵活等优点，在21世纪能源危机和环境污染的背景下受到了广泛的关注。在SOFC中，传统的Ni基阳极在使用碳氢化合物为燃料时遇到了很多问题，主要问题就是碳沉积和硫中毒。因此，开发新型的既抗碳沉积又耐硫中毒的电极材料对推动SOFC商业化是至关重要的。为了开发既抗碳沉积又耐硫中毒的电极材料，本文研究了两类双钙钛矿结构电极材料：一类为Sr1.9VMoO6–δ(SVMO)和Sr2TiMoO6–δ(STMO)阳极材料,一类为对称电极材料：Sr2TiF

5、e1–xMoxO6–δ(STFM,x=0.1,0.2)。用固相法在1200ºC、5%H2/Ar中烧结10h获得了立方结构的SVMO阳极。该阳极材料与常用SOFC电解质LSGM和SDC在5%H2/Ar中1000ºC以下具有良好的化–学兼容性。SVMO阳极在30–1000ºC在5%H2/Ar条件下的平均热膨胀系数为13.3×106–1K，与常用的SOFC电解质材料的热膨胀系数比较接近。SVMO阳极在干燥的H2–1中和100–800ºC范围内，电导率达到了1364–499Scm，明显高于现有的阳极材料，甚至高于有些Ni基阳极材料。通过浸

6、渍贵金属Pd纳米粒子，可以改善阳极材料的电化学性能，原因是Pd/PdO/PdOx共同存在于阳极中，而且部分Pd可进入到SVMO阳极的晶格中，这两种情况可以产生更高的氧空位浓度，改善了氧离子导电性。850ºC时，浸渍后阳极的极化阻抗降低了约56%。以干燥的H2为燃料，以SVMO为阳极的单电池表现了可接受的功率密度。浸渍Pd纳米粒明显改善了电池的输出功率密度。以Pd–SVMO为阳极的单电池，在750–850ºC以干H2为燃料时，最大功率密度达到–2了529、664、794mWcm。在含有H2S的合成气下进行了80h的稳定性测试结果显–

7、2–2示，Pd–SVMO阳极的单电池最大功率密度从526mWcm稍微降低至513mWcm，表现出良好的稳定性。对经过稳定性测试之后的阳极表面进行了拉曼测试，未检测到任何形式的碳。在相同燃料下对Ni–SDC阳极进行稳定性测试，该阳极的单电池输出性能明显衰减，拉曼测试显示有碳沉积和硫中毒的现象发生。对比结果显示，Pd–SVMO阳极由于其出色的混合电子-离子导电性和良好的催化活性使其具有良好的抗碳沉积和耐硫中毒的能力。在1200ºC5%H2/Ar下烧结10h获得了立方结构的STMO阳极材料。双钙钛矿I结构STMO阳极综合了两个单钙钛矿材

8、料SrTiO3和SrMoO3材料的特点。STMO阳极与LSGM和SDC电解质在5%H2/Ar气氛中1000ºC以下具有良好的化学兼容性。XPS测试发现，STMO阳极中Ti为+4价，Mo有+4、+5和+6三种价态形式，这与SrTiO3和SrMoO3材