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固体氧化物燃料电池含钴阴极电化学性能研究

固体氧化物燃料电池含钴阴极电化学性能研究

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作者：方彩霞内蒙古科技大学

学位级别：硕士

能源和环保逐渐成为世界各国可持续发展要面对的主要问题。固体氧化物燃料电池(SoFC)是新型的能源转换装置，因其良好的化学性能和良好的环境效应而得到人们的广泛研究。为了避免高温下电极烧结、密封不良、热应力等一系列问题，SoFC逐... 详细信息

能源和环保逐渐成为世界各国可持续发展要面对的主要问题。固体氧化物燃料电池(SoFC)是新型的能源转换装置，因其良好的化学性能和良好的环境效应而得到人们的广泛研究。为了避免高温下电极烧结、密封不良、热应力等一系列问题，SoFC逐渐向中低温的方向发展。研究中低温条件下具有良好电催化活性的阴极材料，成为该领域研究的重点。含钴钙钛矿阴极材料在中低温条件下具有优良的电化学性能，尤其在与氧化铈基电解质配合时，呈现出良好的性能，但其热膨胀系数较大。而失配结构的Ca3Co4o9阴极虽然属于含钴材料，其热膨胀系数却较低，与电解质热匹配良好，其作为阴极材料的不足在于中低温条件下电化学性能低。本文基于复合阴极的思想，通过在阴极材料中引入氧离子导体，利用阻抗谱技术分别对la0.7sr0.3-xbaxco0.8fe0.2o3-δ阴极和Ca3Co4o9阴极的电化学性能进行研究。首先研究了Sm0.2Ce0.8o3-δ(SDC)电解质含量对la0.7sr0.3-xbaxco0.8fe0.2o3-δ–XSDC(x=0.1，0.15，0.2;X=20.30，40，50wt%)复合阴极的电化学性能的影响。结果表明，钡离子掺杂量在x=0.2时，极化电阻达到最小值。SDC掺杂量的变化对复合阴极的电化学性能有较大的影响。在500.750C范围内，极化电阻随着电解质含量的增多呈逐渐降低的趋势。对la0.7sr0.1Ba0.2Co0.8fe0.2o3-δ与SDC组成的复合阴极，SDC的含量为50wt%时，极化电阻达到最小，在750C时阴极极化电阻为0.06Ωcm2。在钡离子掺杂量为x=0.2，温度为650C时，复合阴极的单电池输出功率最大，达到1.006Wcm-2。为改善Ca3Co4o9阴极的电化学性能，以失配结构的Ca3Co4o9作为SoFC的多孔阴极骨架，通过浸渍高活性的Pr0.2Ce0.8o2-δ形成复合阴极。不同的浸渍工艺形成了形貌不同的Pr0.2Ce0.8o2-δ氧化物。传统浸渍方法在阴极形成颗粒状氧化物，而采用浸渍与水热处理相结合的方法则形成纳米棒状Pr0.2Ce0.8o2-δ氧化物。运用阻抗谱技术研究了阴极形貌对复合阴极极化电阻的影响。结果表明，纳米棒状Pr0.2Ce0.8o2-δ与Ca3Co4o9的复合阴极的阻抗小于颗粒状Pr0.2Ce0.8o2-δ与Ca3Co4o9的复合阴极阻抗。纳米棒状Pr0.2Ce0.8o2-δ与Ca3Co4o9的复合阴极极化电阻最小为0.46Ωcm2。当温度为650C时，复合阴极的单电池输出功率最大，达到0.533Wcm-2。

关键词：固体氧化物燃料电池电化学性能 Ca3Co4o9 la0.7sr0.3-xbaxco0.8fe0.2o3-δ

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