固體氧化物燃料電池陽極制備、優(yōu)化和氫氧化動力學研究.pdf

1、摻雜的LaGaO3系列鈣鈦礦氧化物具有高的氧離子電導率與較好穩(wěn)定性，是一種優(yōu)異的潛在中溫固體氧化物燃料電池(ITSOFC)電解質(zhì)材料。由于以鎵酸鑭為電解質(zhì)ITSOFC的研究時間較短，與鎵酸鑭電解質(zhì)具有相容性的陽極材料的開發(fā)是鎵酸鑭體系ITSOFC的重要研究課題。本文制備、優(yōu)化出了高性能的鎳-鎵酸鑭復合陽極體系，并利用多種電化學技術(shù)對電極上的氫氧化反應動力學進行了研究。 制備了多種鎳-鎵酸鑭復合陽極，并采用系列鍶、鎂、鈷摻雜的鎵酸

2、鑭為電解質(zhì)、Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)為復合陰極，組裝了相應的單電池。利用極化、交流阻抗等電化學技術(shù)對陽極的電化學性能進行了研究，并測試了相應電池的功率輸出特性。實驗結(jié)果表明，電極的性能顯著依賴于電極的燒結(jié)溫度，電極的最佳焙燒溫度為1473 K左右。復合電極中鎵酸鑭電解質(zhì)粉末的種類及含量對電極的性能有顯著影響，在考察的La0.8Sr0.2Ga0.8M

3、g0.2-xCoxO3(LSGMC, x<0.085)系列摻雜物中，鎳-鎵酸鑭復合陽極的性能隨電解質(zhì)粉末中鈷含量的增加而增加，復合陽極中鎵酸鑭粉末的最佳含量為25wt﹪。復合電極所負載的電解質(zhì)對電極性能影響顯著，在La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3 (LSGM9182)， LSGMC5，La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3 (LSGMC8.5)系列電解質(zhì)中，電極的性能隨著電解質(zhì)中鈷含量的增加而顯著增加

4、。鎳-鎵酸鑭復合陽極對于氫及甲烷均具有較好的催化活性，但以甲烷為燃料時電池的輸出功率密度略低于氫。 首次開發(fā)出高性能的Ni-Fe-鎵酸鑭復合陽極，發(fā)現(xiàn)在鎳-鎵酸鑭復合陽極中摻雜鐵，可以顯著提高鎳-鎵酸鑭復合陽極的性能。其中，Ni/Fe比例為8:2的Ni8-Fe2-鎵酸鑭復合陽極有最好的性能。通過對電極組成以及電解質(zhì)的優(yōu)化，開發(fā)出了高性能的Ni8-Fe2-LSGMC8.5 / LSGMC8.5 / SSC- LSGMC5電池，該電

5、池在1073K、以含室溫下飽和水蒸氣的氫為燃料、氧為氧化劑的條件下，最大功率密度可以達到1.04 W·cm-2。 首次系統(tǒng)研究了負載于氧遷移數(shù)接近于1的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3 (LSGM8282)電解質(zhì)上不同F(xiàn)e含量的Ni-Fe-LSGMC8.5復合陽極的氫氧化動力學?？疾炝瞬煌瑲浞謮骸⑺謮?，不同溫度下的動力學特性。發(fā)現(xiàn)Ni-Fe-LSGMC8.5復合陽極在1073K、含3﹪H2O的氫氣氛下，氫氧化反應速