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中温固体氧化物燃料电池复合电解质BaCe0.8Y0.2O3-δ-Ce0.8Gd0.2O1.9固相反应及性能研究

中温固体氧化物燃料电池复合电解质BaCe0.8Y0.2O3-δ-Ce0.8Gd0.2O...

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作者：党琦福州大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接将燃料的化学能转化为电能,具有能量转换效率高和环境友好等优点,因此成为近年来的研究热点。电解质作为SOFC的核心材料,其性能直接影响电池的输出功率。本论文采用溶胶凝胶燃烧法制备掺杂BaCeO3和掺杂... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接将燃料的化学能转化为电能,具有能量转换效率高和环境友好等优点,因此成为近年来的研究热点。电解质作为SOFC的核心材料,其性能直接影响电池的输出功率。本论文采用溶胶凝胶燃烧法制备掺杂BaCeO3和掺杂CeO2电解质,并将二者通过湿法球磨制备复合电解质,研究掺杂元素Y和Gd对BaCeO3-CeO2复合电解质固相反应的影响;通过研究BaCe0.8Y0.2O3-δ-Ce0.8Gd0.2O1.9 (bcy-gdc)两相比例不同的复合电解质和不同烧结保温时间后的复合电解质的XRD、SEM、EDS、交流阻抗及单电池电化学性能,探讨bcy-gdc复合电解质固相反应及性能的影响因素和规律,获得电化学性能优异的复合电解质材料。掺杂元素Y和Gd对BaCeO3-CeO2固相反应影响的研究结果表明：只有当BaCeO3-CeO2中的任意一相或两相掺杂元素Y、Gd时,才会促使电解质在表面出现单相的钙钛矿结构,并具有离子传导能力。BaCeO3-CeO2中两相都分别掺杂形成的bcy-gdc的电导率最好。对BaCe0.8Y0.203-δ与Ce0.8Gd0.2O1.9不同比例获得的复合电解质的研究结果表明：当bcy含量高于30%时,复合电解质表面发生固相反应,出现钙钛矿结构的单相物质。当工作温度为700℃时,复合电解质的离子电导率与bcy含量有关,当bcy:gdc的摩尔比为6：4时,复合电解质的电导率为最小,约3.94 mS/cm;当bcy:gdc的摩尔比为3：7时,复合电解质的电导率为最大,约11.48 mS/cm。不同成分复合电解质制得的Ni-bcy-gdc|bcy-gdc|LSCF单电池开路电压均高于gdc制得的Ni-gdc| gdc|LSCF单电池,并随着bcy含量减少而降低。bcy：gdc的摩尔比为3：7的单电池性能最好。对bcy:gdc的摩尔比为3：7复合电解质在1550℃保温不同时间后的性能研究结果表明：当保温时间为1-7小时,复合电解质表面的萤石结构峰减弱,但是当保温时间为10-13小时,复合电解质表面形成萤石结构的单相;随着保温时间的增大,复合电解质晶粒尺寸增大,但电导率没有明显变化;当保温时间为1h时,复合电解质制备的单电池Ni-bcy-gdc|bcy-gdc|LSCF性能最好,在700℃时的最大功率密度为866 mW/cm2,是单电池Ni-gdc|gdc|LSCF最大输出功率的1.7倍。

关键词：固体氧化物燃料电也复合电解质 bcy-gdc 固相反应混合离子传导

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