itsofc阴极材料lsccf的制备与性能研究

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1、摘要固体氧化物燃料电池(SOFC)被称作21世纪新的清洁、绿色能源。但传统的以YSZ为电解质的SOFC必须在1000"C左右的温度下工作，由此产生了大量的问题，因此，降低燃料电池的操作温度，发展中温固体氧化物燃料电池(Ⅱ=-SOFC)成为SOFC研究与开发的热点和趋势。用以催化和传输氧的阴极材料是1T-SOFC中的一个重要组件，它的结构、性能及反应机制将影响氧离子输运以及整个电池系统的性能。本文以k1。Sr。Cot．yFcy03．·(LSCF)材料为基础，进一步完成碱土金属离子Sr2*、Ca2+双掺杂，采用湿化学法合成了Lao．7Sro．巧

2、Cao．15c01．yFe呵03．·(LSCF)系阴极材料，以期在不影响材料热膨胀性条件下改善其电性能，更好地满足rr-SOFC对阴极材料性能的要求。此外，本文还以混合稀土氧化物取代价格昂贵的纯氧化镧原料，利用先进的微波烧结法合成了Lno．TSr03．xCaxCoo．gFeo．103-s系阴极材料，并对其结构及电性能进行了初步研究，对降低阴极材料工业化生产的成本进行了有益的探索。实验得出：湿化学法合成的LSCCF系阴极材料经800℃热处理3h后形成完整的钙钛矿结构，此时共同掺杂的碱土金属离子Ca2*、sr2+和过渡金属离子Fe3+进入LaC

3、003晶格形成固溶体；在室温到800℃内，LSCCF系阴极材料的电导率变化符合P型小极化子绝热孔隙理论；即在低温段电导率的Arrhcnius曲线近似为直线，满足小极化子导电机理，而高温段则以氧空位电荷补偿导电机制为主，致使直线偏转，导电类型也相应由半导体型逐渐向金属型转变；电导率随着Fe3+含量的增加而降低，但在500～800℃内LSCCF的电导率均大于100S／cm；同时它与新型中温电解质Cc0JSm0202的热膨胀系数变化行为一致，大小十分接近，表现出良好的适应性。1200℃微波烧结30min合成的混合稀土‰．7Sr03“‰Coo．9F

4、eo．103．。系阴极材料，其体系并非单一钙钛矿相，而是cc02立方萤石相与钙钛矿相共存，同时还存在少量的SrO相；在室温到800℃内，其电导率同样也符合P型小极化予绝热孔隙理论，但随着Ca2+掺杂量增加而降低；当x≤0．10时，样品在500℃～800℃内电导率大于100S／cm，满足IT-SOFC对阴极材料的电性能要求，同时也大大降低了阴极材料的成本。关键词：Ⅱ．-SOFC，阴极材料，LSCCF，电导率，成本AbstractSolidoxidefuelCelI(SOFC)isanewcleanandgreenenergysourcesin

5、21century,butthetraditionalSOFCwithYSZaselectrolytemustoperateataboutIOOO‘C，whichbringalotofproblem．Therefore，developingintermediatetemperaturesolidoxidefuelcelI(IT-SOFC)becomesthefocusofSOFCresearch．AselectrodematerialsofcatalyseandoxygentransmissioninIT-SOFC，cathodeisani

6、mportantcomponentofIT-SOFC，whosestructure，performanceandreactionmechanismwillinfluencetheperformanceofwholecellsystem．Inthispaper,doubledopingCa2+、Sr2+atLa3+sitewasdesignedonthebasisofLal．1SrxC01．yFey03．‘(LSCF)materials，andLao．7Sro．15Cao．1sCol-yFeyOs．,(LSCCF)cathodemateria

7、lswerepreparedbywet—chemicalmethodinordertoimproveitselectricalperformancebutnot}influencethethermalexpansion，whichcouldmeetthepropertiesdemandforcathodematerialsbetter．Furthermore，Ln0．7Sro．3．zCaxCoo．9Feo．i03．5cathodematerialswerealsopreparedbymicrowavesynthesismethodusing

8、mixedrareearthbutnotexpensivepureLa203astherawmaterials，anditsstructureandelectricalperfo