(Sm,Nd)SrMnO作為SOFC陰極材料的性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種具有高效、環(huán)境友好等優(yōu)點的發(fā)電裝置,被認為是一種很有發(fā)展前途的燃料電池。陰極材料作為SOFC重要組成部分的一直是人們研究的熱點。陰極對整個電池的輸出特性起著至關(guān)重要的作用，其結(jié)構(gòu)、性能和反應(yīng)機制都影響著氧離子輸運以及電池系統(tǒng)的性能。目前，SOFC普遍運行在1000℃左右，開發(fā)中溫下高離子導(dǎo)電率、高電子導(dǎo)電率的新型陰極材料對于SOFC的發(fā)展有著重要意義。
　　具有類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的A2BO4型氧化物是

2、同時具有電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電的混合導(dǎo)體，這類材料在氧透過性、熱化學(xué)性能、電化學(xué)性能以及氧的擴散和表面交換能力等方面顯示了明顯的優(yōu)勢。
　　本文采用溶膠-凝膠法制備陰極材料Sr2-xLnxMnO4（Ln=Sm，Nd）x=(0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9)并研究了樣品體系的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)相容性、熱匹配性、密度、熱重、電導(dǎo)率、活化能。研究其微觀形貌和燒結(jié)特性，確定半電池以及電池的最佳燒結(jié)溫度，在此溫度下制備了半電池，并研究其電

3、化學(xué)性能。將材料應(yīng)用于單電池，考察了其輸出性能。研究發(fā)現(xiàn)，電價平衡以及固溶度兩方面的因素決定了摻雜比例為x=0.3，0.5時樣品形成A2BO4結(jié)構(gòu)。樣品與GDC(Ce0.9Gd0.1O1.9)在1100℃以內(nèi)具有良好的化學(xué)相容性，在相同的測試溫度范圍內(nèi)具有良好熱匹配性，在空氣氣氛下200-900℃溫區(qū)內(nèi)樣品的熱膨脹系數(shù)為17.7-19.3×10-6K-1，GDC的熱膨脹系數(shù)為17.7×10-6K-1。樣品由于水分、填隙氧、晶格氧的逸出而

4、失重；1100℃燒結(jié)的樣品足夠致密，隨著摻雜量的增加小極化子數(shù)量增多，致使樣品的電導(dǎo)率逐漸升高，活化能逐漸減小。在800℃時，樣品中SSM1109的電導(dǎo)率最大，達到2.15S·cm-1，其活化能最小，數(shù)值為2.25kJ·mol-1。其微觀結(jié)構(gòu)和燒結(jié)特性共同決定了1050℃為電池或半電池的最佳制備條件，在此溫度下制備了半電池。隨著摻雜量的增加電導(dǎo)率增加、填隙氧減少，使得不相同摻雜比例的樣品在800℃時，在相同的電流密度下SSM1505和S