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合肥工业大学
硕士学位论文
中温固体氧化物燃料电池新型电极材料的制备及性能研究
姓名:方海燕
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:程继贵
2011-03
中温固体氧化物燃料电池新型电极材料的制备及性能研究

摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)是新型绿色能源装置之一,为促进 SOFC 的
实用化,降低运行温度,寻找性能优良、制备工艺简单、成本低的电池材料,
是发展 SOFC 迫切需要解决的问题。本论文重点围绕中温 SOFC 的电极材料,
包括阴极材料、阳极材料及其单电池的制备和性能进行研究。
目前,对 SOFC 阴极材料的研究主要集中于具有混合离子电子导体的 ABO3
钙钛矿型氧化物,如 LaxSr1- xCoyFe1- yO3-δ(LSCF)材料。其中,在 A 位上用价格
便宜的非稀土元素 Sr 取代 La 可以降低成本,并改善材料性能,因此研究较多。
本实验尝试分别采用 Sr 和 Fe 元素对钙钛矿型氧化物 BaCoO3 在 A、B 位进行掺
杂,以提高其性能。SOFC 阴极材料的制备方法通常采用固相反应法、共沉淀
法、溶胶-凝胶法等。本论文采用一种新的软化学方法-凝胶浇注法合成出
-xFexO3-δ(BSCF, x=, )阴极材料粉末,随后经压制成形、烧
结得到烧结体。试验中对 BSCF 粉末和烧结体的性能进行了测试分析,并对
BSCF 与 SDC 共烧所获得的 BSCF/SDC 复合粉末进行化学稳定性试验。实验结
果表明:采用凝胶浇注法,经 1000°C 煅烧干凝胶 3h,可获得具有单一钙钛矿
物相的 BSCF 阴极粉末,其颗粒尺寸均匀,粒度为 4µm 左右。BSCF 粉体压坯
在 1050°C 烧结可获得多孔结构的 -xFexO3-δ试样。BSCF 阴极材料的
电导率随测试温度的升高和 Fe 掺杂量的增加而降低,其中
-δ在 500°C 电导率可达 ; -δ
与 SDC 的界面阻抗在 800°C 为 ; BSCF 与 SDC 复合粉末 BSCF/SDC
的化学相容性良好。
本论文还采用柠檬酸燃烧法制备了NiO/(NiO/SDC)粉体,并对
其相组成和形貌等进行了测试,考察了在溶液中添加不同分散剂对所制备
NiO/SDC粉体的比表面积和粒径的影响。实验结果表明,前躯体溶液中柠檬酸
与金属离子摩尔比(MRCM)对燃烧后NiO/SDC粉体的粒度、比表面积等都有
明显的影响。其中,MRCM=,NiO/SDC粉体中NiO与SDC晶体的粒度最大,
、,而对应粉体的分散性好,比表面积大,表面积平均
径最小。此外,通过在前躯体溶液中添加不同的分散剂可改善燃烧后NiO/SDC
粉体的粒度和粒度分布,其中以聚乙二醇6000对NiO/SDC粉体的分散效果最好。
为进一步考察所合成的电极材料的性能,分别以 作为阴
极材料、SDC 作为电解质、NiO/SDC 为阳极材料,制备出了中温固体氧化物燃
料电池单电池(NiO/SDC)//SDC//BSCF,并对其相关性能进行测试。所制备的单
电池中电解质层 SDC 厚约为 45μm。实验结果表明:单电池在 700°C 和 800°C
i
下开路电压分别为 、0721V,输出功率分别为 和 mW/cm2。

关键词:固体氧化物燃料电池;-xFexO3-δ阴极材料;NiO/
阳极材料;凝胶浇注法;柠檬酸燃烧法;电化学性能
































ii
Fabrication and Properties of New Electrode Materials for
Intermediate -temperature Solid Oxide Fuel Cells
Abstract
Solid oxides fuel cell (SOFC) is one of the green energy conversion devices
because of its high efficiency an