固体氧化物燃料电池BSCF-GDC阴极材料的制备与其电化学性能研究

《固体氧化物燃料电池BSCF-GDC阴极材料的制备与其电化学性能研究》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、分类号学校代码10408密级研究生学号1520021005硕士学位论文固体氧化物燃料电池BSCF-GDC阴极材料的制备与其电化学性能研究StudyonPreparationandElectrochemicalPropertiesofBSCF-GDCCathodematerialsforSolidOxideFuelCell学位申请人胡佳幸导师姓名及职称罗凌虹教授二导姓名及职称程亮助研专业名称材料科学与工程研究方向新能源陶瓷材料所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018-05景德镇陶瓷大学硕士学位论文原创性声明

2、本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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后果由本人承担。作者签名：日期：年月日硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权景德镇陶瓷大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入

3、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和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年摘要固体氧化物燃料电池（Solidoxidefuelcell,SOFC）是一种可以清洁高效地将化学能转换为电能的能量转换装置，但其较高的操作温度(800~1000℃)阻碍了其商业化发展，因此开发操作温度在600~800℃的中温固体氧化物燃料电池（IntermediateTemperature-SolidOxide

4、FuelCell，IT-SOFC）已成为了科学界研究的重点。然而，对于传统的SOFC阴极材料，操作温度的降低会造成阴极极化电阻的迅速增大，从而导致电池输出性能下降。因此，开发高性能新型阴极材料对IT-SOFC的发展至关重要。本课题通过制备不同结构形貌的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-Ce0.9Gd0.1O2-δ（BSCF-GDC）纳微米复合阴极材料，合理布局离子导电和电子导电区域，增加三相界面长度，从而降低阴极极化电阻以达到降低SOFC工作温度的目的。主要研究分为以下三部分：（1）采用固相混合

5、法制备BSCF-xGDC(x=30、40、50，表示GDC含量分别为30、40、50wt.%）复合阴极材料，并对复合阴极材料的结构形貌、电极的极化电阻以及单电池性能进行对比研究。结果表明：固相混合法制备的BSCF-xGDC复合阴极材料，BSCF粉体与GDC粉体具有良好的化学相容性，但分布不够均匀；在650℃测试温度下，BSCF-40GDC具有最小的极化电阻（0.455Ω·cm2）；在650℃、湿氢气（3%H2O）下NiO-GDC

6、GDC

7、BSCF-xGDC单电池的测试结果表明，以BSCF-40GDC为阴极组分的

8、单电池表现出更优的电化学性能，其最大功率密度达到0.472W·cm-2，极化电阻为0.0734Ω·cm2。（2）将溶胶凝胶法制备的BSCF粉体通过GDC溶胶包裹，再经煅烧制备出由纳米级GDC连续导电相包裹在BSCF颗粒周围形成的核/壳结构BSCF-xGDC(x=30、40、50)复合阴极材料。此离子导电相颗粒包裹电子导电相颗粒的核/壳结构能充分拓宽三相界面反应区域，并且可以增强氧离子电导率，在650℃下测试的BSCF-40GDC复合阴极的极化电阻降低到0.443Ω·cm2；在650℃、湿氢气（3%H2O）下，N

9、iO-GDC

10、GDC

11、BSCF-xGDC单电池的测试结果表明，GDC掺入量为40wt.%时，单电池表现出更优的功率密度曲线，最大功率密度达到0.514W·cm-2，极化电阻为0.0588Ω·cm2。（3）采用静电纺丝法制备BSCF纳米粉体，通过850℃的煅烧温度可制备出具有清晰完整立方钙钛矿晶相的三维网络BSCF纳米粉体；再结合Pechini法经800℃煅烧制备出的三维网络结构BSCF-40GDC复合阴极材料，其中GDC颗粒在BSCF三维网络纤维周围分布均匀，合理布局连续离子导电和电子导电区域，进一步提高了阴极

12、材料的电催化活性以及气体I渗透性。电化学测试结果表明：在650℃测试温度下，三维网络结构BSCF-GDC复合阴极的极化电阻仅为0.292Ω·cm2；在650℃、湿氢气（3%H2O）下，以此阴极材料组装的NiO-GDC

13、GDC

14、BSCF-GDC单电池最大功率密度增大到0.672W·cm-2，极化电阻为0.055Ω·cm2。关键词：固体氧化物燃料电池BSCF-GDC阴极三相界面电化学阻抗静