abo3alababfe钙钛矿阴极材料电性能及应用

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1、ABO3(A=La,Ba;B=Fe)钙钛矿型阴极材料的电性能及应用中文摘要中文摘要燃料电池是一类将化学能直接转化为电能的装置，具有高效、环境友好等优点，是21世纪各国竞相发展的新型能源。固体氧化物燃料电池(SOFC)是由致密的电解质和多孔性电极组成的三明治结构，被认为是最有效的多功能发电系统，尤其适用于分散电站，已引起人们的广o泛关注。传统的SOFC采用YSZ作电解质，工作温度在800C以上。如此高的工作温度会带来一系列严重问题，如制作成本增加、密封困难以及电极和电解质的o界面反应等。若将工作温度降至500−8

2、00C中温范围，不仅可以扩展材料的选择性，有效地降低生产成本，还可以改进SOFC系统的稳定性和可靠性。为发展中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)，目前有两种较好的方法。一是选用中温范围内具有较高电导率的固体电解质材料，二是将电解质薄膜化。电解质的薄膜化能显著降低IT-SOFC的内阻，减少IT-SOFC的能量损失。但随着SOFC工作温度从高温降至中温，电极极化电阻迅速增大，成为限制电池性能的主要因素。因此，IT-SOFC的阴极材料一直是研究的重点之一。基于上述原因，本论文着重对质子导体薄膜中温固体氧化物燃料电

3、池进行了探索。主要研究及成果如下：采用固相法和硝酸盐-柠檬酸法制备无钴钙钛矿型系列样品oLa0.6Sr0.4Fe1-xCrxO3-α(0≤x≤0.3)。用交流阻抗谱法测试了在300−800C下系列样品空气中的电导率以及典型样品La0.6Sr0.4Fe0.9Cr0.1O3-α(LSFC10)在氧气和氩气中的电导率。采用简易的浆料旋涂方法，在多孔性复合阳极Ni-BZCY支撑体上制备质子导电BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-β(BZCY)薄膜，在BZCY上制备多孔性LSFC10阴极膜，分别以H2和O2为燃料和氧化

4、剂，组装成SOFC单电池：H2,Ni-BZCY

5、BZCY

6、oLSFC10,O2。测定了燃料电池在600−700C下的性能。典型陶瓷样品LSFC10与o电解质材料BZCY化学相容性良好，电导率随温度升高先升后降，在550C下氧-1o气气氛中电导率达到138Scm。燃料电池的功率密度随温度升高而增大，在700C-22时最大输出功率密度达到412mWcm，电极极化阻抗很小，仅为0.19Ωcm。在本研究中，采用硝酸盐-柠檬酸法首次制备了新型无钴双钙钛矿结构系列阴极材料NdBaFe2-yNiyO5+δ(0≤y≤0.3)，

7、用交流阻抗谱法测试了系列样品在300−800Ⅰ中文摘要ABO3(A=La,Ba;B=Fe)钙钛矿型阴极材料的电性能及应用oC下空气中的电导率。结果表明，NdBaFe2-yNiyO5+δ是离子-电子混合导体(MIEC)。o系列样品中，NdBaFe1.8Ni0.2O5+δ(NBFNi20)具有最高电导率，在550C下空气气氛-1中达到145Scm，与电解质BZCY化学相容性良好。利用简易、低成本的浆料旋涂法及随后的热处理在NiO-BZCY阳极支撑体上成功制备致密、均一的BZCY固体电解质薄膜，在其上面制备多孔性NB

8、FNi20-BZCY复合阴极，分别以H2和O2o-2为燃料和氧化剂，组装成的SOFC单电池在700C下功率密度达到490mWcm，2电极极化阻抗很低，仅为0.15Ωcm。上述结果表明，钙钛矿结构LSFC10和双钙钛矿结构NBFNi20均为很有潜力的IT-SOFC阴极材料。关键词：钙钛矿结构，双钙钛矿型氧化物，无钴阴极材料，电导率，中温固体氧化物燃料电池。作者：丁佐龙指导老师：马桂林教授ⅡConductionBehaviorsandApplicationsofABO3Perovskite-typeCathodeM

9、aterialsAbstractConductionBehaviorsandApplicationsofABO3(A=La,Ba;B=Fe)Perovskite-typeCathodeMaterialsAbstractFuelcellsareelectrochemicaldevicesthatconvertchemicalenergydirectlyintoelectricalenergywithhighpowerconversionefficiency,lowpollutantlevels,excellentf

10、ueladaptabilityandlongoperatinglife,whicharethenewgreenenergydevelopedintheworldfor21century.SolidOxideFuelCell(SOFC)isattractingsubstantialinterestsinceitisregardedasthemostefficientandversatil