质子导体固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备与性能研究

《质子导体固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备与性能研究》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、学校代码10459学号或申请号201412131596密级硕士学位论文质子导体固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备与性能研究作者姓名：赵莹莹导师姓名：苏金瑞学科门类：理学专业名称：凝聚态物理培养院系：物理工程学院完成时间：2017年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterPreparationandPropertiesofCompositeCathodeMaterialsforProtonConductorbasedSolidOxideFuelCellsByYing

2、yingZhaoSupervisor:AssociateProf.JinruiSuCondensedMatterPhysicsSchoolofPhysicsandEngineeringApril,2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。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。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相

3、关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或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；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要摘要能源和环境问题是当今社会发展所面临的主要问题，开发清洁环保的新能源成为人类实现可持续发展的必然选择

4、。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种直接将化学能转化为电能的装置，具有能量转化效率高、环境污染小和燃料适应性强等优点，成为研究热点之一。传统SOFC对工作温度要求较高，高的工作温度必将带来电极的烧结退化、界面的扩散反应以及难以封接等问题，因此降低电池操作温度已成为SOFC的主要研究方向。其中质子导体固体氧化物燃料电池（H-SOFC）具有较低的活化能，是实现SOFC中低温化的一个重要途径。本论文主要研究了不同电解质H-SOFC的电化学性能及不同组分阴极对电池电化学性能的影响。第一章，简述了SOFC的研究背景、结构类型、工作原理、关键材料以及

5、质子导体的传导机制，并介绍了H-SOFC的发展现状和本论文的研究思路。第二章，简单介绍了实验所需药品与仪器，以及实验用到的表征方法与测试手段。第三章，制备了NiO-BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ（NiO-BZCY）/BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ（BZCY）/Ba0.5Sr0.5FeO3-δ(BSF)-Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)单电池。采用柠檬酸盐燃烧法制备了单电池所需初始粉体。通过XRD对粉体相结构进行分析，得出初始粉体均成相较好，无明显杂相产生。单电池的功率测试表明，750℃下单电池的最-2大功率密度（MP

6、D）为413.5mW·cm，开路电压（OCV）为0.926V。对单电池电化学阻抗谱的测试可以看出，750℃下单电池具有较小的极化电阻（Rp），2阻值为0.301Ωcm。通过扫描电镜观察单电池断面的微结构，进一步研究了微结构对电池性能的影响。第四章，制备了BSF-SDC（7:3，5:5，3:7wt%）三种复合阴极材料，主要研究了在以BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ(BZCYYb)为电解质的基础上，不同阴极组分对电池性能的影响。XRD检测发现BZCYYb粉体呈现出单一的钙钛矿结构，阳极衬底中的电解质BZCYYb和NiO之间相结构

7、独立存在。煅烧后的BSF-SDC复合粉体中BSF和SDC呈分离相，BSF具有立方钙钛矿的峰，SDC具有萤石结构，说明BSF和SDC之间的化学相容性良好，可以用做复合阴极材料。热膨胀-6-1性能分析表明三组阴极材料200-750℃的热膨胀系数依次为15.8×10K，I摘要-6-1-6-114.5×10K和13.6×10K，相对于钴酸盐基阴极的热膨胀系数较低，更适合用于BZCYYb电解质。通过对三种阴极单电池的电化学测试得出，750℃下-2BSF-SDC55和BSF-SDC37的最大功率密度为449和388mW·cm，极化电阻为20.021和0.

8、291Ωcm。相对而言BSF-SDC73单电池具有较好的电化学性能，其-22750℃下的最大功率密度和最低极化电阻分别为531mW·cm和0.019Ωcm。结果表明