柠檬酸法制备中温固体氧化物燃料电池nisdc阳极材料

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1、柠檬酸法制备中温固体氧化物燃料电池Ni／SDC阳极材料摘要固体氧化物燃料电池(SOFC)由于具有能量转化率高，无污染，安全等优点而受到广泛的关注。为使SOFC从实验室走进我们的日常生活之中，操作温度中低温化是必经之路。Sm203掺杂Ce02(Ceo．8Smo．201．9)就是一种在中低温范围内性能出色的电解质材料，在800。C以下离子电导率比YSZ高一个数量级以上。因此Ni／Ceo．8Smo．201．9(简称Ni／SDC)被认为是一种很有潜力的SOFC的阳极材料。目前阳极材料的制各普遍采用固相法、水热合成法、共沉淀法和溶胶一凝胶法等。这些方法都存在一定的不

2、足之处，近年来，随着低温合成技术的不断发展，研究人员探索将溶胶一凝胶法和自蔓延高温合成技术(SHS)结合在一起，同时兼顾溶胶一凝胶法和SHS的优点，制备高烧结活性、组分分散均匀的粉体，开发出了一种新型的化学合成方法一柠檬酸燃烧法。柠檬酸燃烧法制备NiO／Ceo．sSmo．201．9(简称NiO／SDC)粉体可以减少晶界电阻，并最终得到泡沫状，疏松表面活性大的纳米粉体。但是由于纳米颗粒粒度小、比表面积大、表面能大，处于能量不稳定状态，因而很容易凝并、团聚形成二次粒子，使粒子粒径变大，失去纳米颗粒所具备的特性，给NiO／SDC纳米粉体的制备和燃料电池性能带来负

3、面影响。本课题采用改进的柠檬酸燃烧法解决NiO／SDC纳米粉体团聚问题，对实现无团聚纳米粉体制备具有积极的意义。本文讨论了前驱体溶液中柠檬酸与金属阳离子摩尔比(MRCM)大小对制备出的NiO／SDC粉体粒度和团聚状态影响：前驱体溶液中标志柠檬酸含量的MRCM分别取1．O、1．5和2．0，XRD结果显示MRCM=I．0时晶粒尺寸最小，NiO为7．1nm，SDC为5．04nm。MRCM=1．15时制备的NiO／SDC粉体，由DTA．TG结果可知360℃时干凝胶分解基本结束。XRD的结果表明点燃后没有出现Sm203的衍射峰，说明Sm3+已进入Ce02晶格形成固溶

4、体。粉体点燃后的比表面积最大，达到29．508m2／g，800℃焙烧后粉体比表面积为6．298m2儋，随着焙烧温度上升粉末比表面积下降，这是由焙烧温度升高晶粒长大造成的。由TEM显示粉体呈规则球型，但是晶粒相互之间的团聚现象比较严重，这是因为晶粒尺寸小、表面活性高，容易发生团聚。采用柠檬酸燃烧法制备了Ni／SDC金属陶瓷，并对其结构、形貌、烧结性能和电导率等进行研究：还原后的Ni／SDC金属陶瓷孔隙率集中在20％至50％之间，满足燃料气体和产物水的扩散。由烧结收缩率曲线和热膨胀系数显示在不影响阳极性能的前提下，含NiO(wt％)45％．55％的NiO／SD

5、C与SDC粉体共烧结时具有较好的匹配性能。Ni／SDC金属陶瓷电导率随Ni含量增加、测试温度下降而上升，烧结温度降低而下降。论文还通过向前驱体溶液中添加分散剂解决NiO／SDC粉体团聚现象，对不同分散机理的分散剂解聚效果进行比较：粒度分析结果表明在前驱体溶液中添加分散剂制备的NiO／SDC粉体团聚状况有了明显的改善，二次团聚被抑制。添加非离子型分散剂聚乙二醇6000的NiO／SDC粉体具有最好的分散效果，磷酸三乙酯和聚乙烯醇124次之。添加聚乙二醇6000的NiO／SDC粉体具有最小的体积平均粒径1．758Ltm，最大的比表面积6．44m2／g和最小的表面

6、积平均粒径O．9321上m。关键词：固体氧化物燃料电池；金属陶瓷；Ni／SDC；柠檬酸燃烧法；团聚；分散剂PreparationofNi／SDCMaterialsbyCitricAcid·NitrateCombustionMethodforIntermediateTemperatureSolidOxideFuelCellsAnodeApplicationsABSTRACTGreatattentionhasbeenpaidonSolidOxideFuelCell(SOFC)fortheadvantagesofhighefficiency，clean，ands

7、afety．ThelowoperatingtemperatureofreactionisthekeytobringSOFCintoourdailylife．TheSm203dopedCe02(Ce0．sSmo．201．9)systemistheelectrolytewithexcellentperformanceatintermediate—to-lowtemperature．Itexhibits10timesoxideionconductivityhigherthanyttriastabilizedzirconia(YSZ)under800℃．There

8、fore，Ni／Ce0．8Sm0．201．9(Ni／SDC)isa