中温固体氧化物燃料电池电解质的研究

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1、中温固体氧化物燃料电池电解质研究ResearchofElectrolytesofTheIntermediateTemperatureSolidOxideFuelCell姓名宗争学科专业材料物理与化学研究方向固体氧化物燃料电池指导教师黄守国完成时间2008年5月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

2、明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日学位论文作者毕业去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：摘要摘要固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、清洁的能源转换装置。在1

3、000℃左右操作的SOFC有其独特的优点，如极化损失低，固体电解质氧离子传导率高，废气热量可以回收利用等。但高温操作同时又带来另外一些问题，如材料的缓慢分解及相际扩散，金属连接材料的腐蚀等。目前人们把SOFC研究的重点放在中低温SOFC上。降低SOFC操作温度，主要有如下几种方法：（1）减少固体电解质薄膜厚度，从传统的100~200μm，减少到<20μm，一般在4~10μm。其操作温度可降至800℃左右；（2）用氧离子传导率较现有8YSZ高得多的替代固体电解质材料，如掺杂的铈基，铋基氧化物以及其他复合氧化物，其操作温度范围在500~700℃，

4、而电池性能不低于现有8YSZ在1000℃的平均水平；（3）改进电极材料。其中前两种方法，特别是第二种方法，经过大量的研究显示在降低SOFC操作温度方面具有很大的潜在优势。本论文第一章通过对国内外固体氧化物燃料电池研究、发展现状的调查和分析，总结了固体氧化物燃料电池关键材料及构型的研究进展。围绕固体氧化物燃料电池中温化这一发展趋势，提出了以降低材料制备和操作费用为目的，进行新工艺、新材料的探索和合成的研究路线。论文的第二章对氧化钇稳定的氧化锆（YSZ），Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）和BiSrAlO3电解质粉体的制备及性能进行了详细研究

5、。第三章着重研究SDC的烧结性能，得出等速烧结过程中试样的线收缩率、密度、气孔率随烧结温度的变化规律，它们随烧结温度的变化均呈“S”型曲线关系，利用非线性回归了等速烧结过程动力学方程。薄膜化、集成化铈固体电解质是燃料电池的发展方向，固体电解质材料的薄膜化是亟待解决的问题，它不但可以减小电池体积、质量，铈电池小型化，还可以降低电解质材料的内阻损耗，提高电池的电流密度。目前SOFC固体电解质薄膜制备方法有电化学气相沉积法、化学气相沉积法、电泳沉积法、溅射法、等离子喷涂法等。在最后的第四章里讨论了几种常用的薄膜制备方法并对不同方法制备的薄膜材料进行

6、了性能表征。关键词：固体氧化物燃料电池、氧化钇稳定的氧化锆、SDC、BiSrAlO3-I-AbstractAbstractSolidoxidefuelcell(SOFC)isahighefficiencyandcleanenergydevice.TherearespecialmeritsofSOFCoperatedatabout1000℃,forlowerpolarization,higheroxygenionconductivityofsolidelectrolytesandrecyclingtheheatoftheexhaustgas.B

7、uthightemperatureoperationbringssomeotherplobems,forexample,slowresolutionandproliferationofthematerial,thecorrosionofmetallicconnectionmaterials.TheresearchofintermediatemperatureSOFChavepaidmoreattentionduringthedevelopmentofSOFC.Therearethreemajorapproachestoreduceoperat

8、ingtemperature:(1)Developingthinfilmtechnologytomakethinelectrolytemembran,fromtra