【摘 要】
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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种全固态的电化学能量转换装置,因其发电效率高、环境污染少、可靠性高、良好的操作性能、易于废热综合利用等诸多优势,受到了各方面的极大关注。
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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种全固态的电化学能量转换装置,因其发电效率高、环境污染少、可靠性高、良好的操作性能、易于废热综合利用等诸多优势,受到了各方面的极大关注。其中,质子导体型SOFC是SOFC的研究热点之一,具有燃料利用率高,燃料回收装置简单,适于低温下运行等特点。质子型SOFC中,电极多为由电子导体与质子导体(ABO3结构)构成的复合电极。对于ABO3形式的钙钛矿结构物质,当A位与B位的阳离子非为化学计量比时,对材料性能会产生影响。因此,本文以质子导体BaCe0.8Sm0.2O3-δ为研究对象,着重研究其A位缺位量对复合电极的性能影响,为制备高性能的质子型SOFC阴极提供一定的理论和实验数据支持。
第一章主要介绍了燃料电池的发展背景及其应用,并对固体氧化物燃料电池的工作原理、性能影响因素做了详细地介绍。其中系统地总结了具有钙钛矿结构的材料性能,并着重分析了影响掺杂BaCeO3性能的各种因素。
第二章主要是实验方法和测试表征原理的介绍。内容涉及到GNP制备粉体的主要过程、固相反应法制备粉体的工艺过程;以及使用共压法和drop-coating制备单电池电解质膜层的主要操作步骤。同时,对XRD、SEM、以及阻抗谱等实验测试手段的原理做了简单的说明。
第三章是本论文的主要部分。以甘氨酸法制备Ba1-xCe0.8Sm0.2O3-δ的粉体,并以阻抗谱测试技术等系统研究了A位缺位量对Ba1-xCe0.8Sm0.2O3-δ基复合电极在单电池情况下的性能影响。结果显示:在开路条件下,单电池的阻抗谱都有两个部分重叠的弧。随着A位缺位量的增加,低频弧的阻值先减小后又增大,而高频弧的阻值基本保持不变,其活化能约为0.65eV。该结果表明:高频弧阻值主要受到电解质电导率的影响,而低频弧阻值更多的受到电极活性的影响。当Ba0.98Ce0.8Sm0.203-δ同时作为阴极和阳极的复合电极时,在65℃温度时,其电极极化阻抗值为0.339fΩcm2,仅仅为BaCe0.8Sm0.2O3-δ同时作为阴极和阳极的复合电极时的42.1%。同时,其最大功率密度可达到271.0 mWcm-2。
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