低溫陶瓷燃料電池氧化鈰基復合電解質與電極材料研究.pdf

1、天津大學博士學位論文天津大學博士學位論文低溫陶瓷燃料電池低溫陶瓷燃料電池氧化鈰基氧化鈰基復合電解質與復合電解質與電極材料研究電極材料研究Studyonceriabasedcompositeelectrolyteelectrodematerialsflowtemperatureceramicfuelcells一級學科：化學工程與技術學科專業(yè)：化學工藝作者姓名：范梁棟指導教師：王成揚教授朱斌教授天津大學研究生院二零一二年十一月摘要作為一種將

2、化學能直接轉化為電能的電化學裝置，固體氧化物燃料電池（SOFC）或陶瓷燃料電池（CFC）因為有較高能源利用效率、低環(huán)境影響和燃料靈活等特點受到越來越多的關注。當前SOFC發(fā)展趨勢是低溫操作以降低系統(tǒng)的成本和提高其穩(wěn)定性，從而與現(xiàn)有的能源轉換方式相競爭。然而，低溫操作需要高離子導電電解質和高催化活性電極，這已經(jīng)成為發(fā)展低溫SOFC的挑戰(zhàn)課題并極大限制了其商業(yè)化進程。摻雜氧化鈰碳酸鹽復合材料的開發(fā)能有效地提高離子導電率和解決單相電解質材料一

3、些缺陷，因此成為實現(xiàn)SOFC商業(yè)化的新途徑。本論文從氧化鈰碳酸鹽復合材料出發(fā)，研究了不同摻雜氧化鈰前驅體對其電化學性能的影響；發(fā)展了Pr2NiO4Ag和ZnO修飾的鋰化氧化鎳兩種用于氧化鈰碳酸鹽電解質基CFC的高效陰極材料；提出分析多離子導電體系離子導電研究普適方法修飾的Wagner直流極化法。對氧化鈰碳酸鹽復合物的離子導電率、混合離子導電行為和可能的離子導電機理以及基于復合電解質與不同電極材料的單電池的電化學性能進行了詳細分析與研究，

4、以達到對摻雜氧化鈰碳酸鹽復合電解質材料的進一步理解和促進這類新型電解質材料的實際應用。主要研究結果如下：不同制備方法制備的釤摻雜氧化鈰(LiNa)2CO3復合電解質材料因前驅體的不同在電化學性能有較大的差異?；诩{米復合方法制備的電解質擁有最小的顆粒尺寸和最均勻的物相分布，因此獲得最高的離子導電性。以納米復合方法獲得的復合電解質基CFC在600oC給出了839mW?cm2的最大功率密度。采用檸檬酸燃燒法制備的次之，固相反應法最差，但是都

5、遠遠高于SDC電解質基單電池的電化學性能。Pr2NiO4與復合電解質在650oC以下化學兼容良好?；赑r2NiO4陰極的單電池在600oC具有652mW?cm2的最大功率密度，同其它鈣鈦礦陰極相比提高了很多，與經(jīng)典鋰化氧化鎳陰極材料相當。添加10wt%活性Ag催化劑的Pr2NiO4Ag復合材料降低Pr2NiO4電極的電荷轉移和質量擴散阻抗，因此進一步提高了陰極的電催化活性。期望通過改善Ag浸漬工藝和組成獲得更高的電化學性能。ZnO摻雜