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Sm_(0.5-x)Gd_xSr_0.5CoO_(3-δ)电子-离子混合导体材料的电化学性能研究
作 者: 郭晓燕
导 师: 宋希文
学 校: 内蒙古科技大学
专 业: 材料学
关键词: 复合阴极 热膨胀系数 极化电阻 过电位
分类号: TM911.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
随着SOFC操作温度的降低,传统LSM阴极极化电阻显著增大,因此,开发新型阴极材料已成为SOFC领域研究热点之一。其中Sm0.5Sr0.5CoO3-δ在中低温500-700℃表现出了良好的阴极性能,是一种具有应用前景的阴极材料。结合包头稀土资源Sm、Gd共生的特点,本论文研究了Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ阴极材料的性能,并采用高离子电导率的电解质Sm0.2Ce0.8O2-δ(SDC)。采用固相法制备了钙钛矿型氧化物Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ(x=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)粉体,低温燃烧法制备了固体电解质Sm0.2Ce0.8O2-δ(SDC)。利用XRD分析材料的物相组成,热膨胀仪测定了材料的热膨胀系数,交流阻抗法测试了Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的极化电阻,三电极法测试了Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的过电位,SEM观察电极的表面形貌及断面结构。结果表明:阴极粉体在1200℃热处理6h后形成正交钙钛矿型结构;从室温到800℃范围内,材料的平均热膨胀系数TEC为(11.43-14.35)×10-6℃-1,掺杂Gd3+以后Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ样品的热膨胀系数比Sm0.5Sr0.5CoO3-δ样品的热膨胀系数略有增加。Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的极化电阻与Gd3+掺杂量及SDC的含量密切相关。800℃时,随Gd3+掺杂量的增加,极化电阻先减小后变大,在Gd3+含量为0.1时极化电阻最小,其值为0.039Ωcm2;随SDC含量的增加,复合阴极的极化电阻是增加的,由SDC含量10%时的0.039Ωcm2增大到30%时的0.149Ωcm2。随测试温度的升高,电极极化电阻降低。Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的过电位在800℃时随Gd3+掺杂量的增加先减小后增大,随SDC含量的增加而增大,随着测试温度的升高(从500℃到800℃)过电位是减小的,与极化电阻的变化规律一致;复合阴极大约20μm,颗粒均匀,该种复合阴极有望成为中温固体氧化物燃料电池的阴极材料。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-10 1 文献综述 10-28 1.1 前言 10 1.2 燃料电池 10-12 1.2.1 燃料电池简介 10-11 1.2.2 燃料电池的类型 11-12 1.3 固体氧化物燃料电池 12-15 1.3.1 固体氧化物燃料电池的特点 12 1.3.2 固体氧化物燃料电池的构造及结构类型 12-15 1.3.3 固体氧化物燃料电池的工作原理 15 1.4 固体氧化物燃料电池SOFC 阴极材料 15-24 1.4.1 固体氧化物燃料电池SOFC 阴极材料的主要类型 16-18 1.4.2 固体氧化物燃料电池SOFC 阴极材料的制备方法 18-20 1.4.3 钙钛矿型结构AB0_3 20-21 1.4.4 钙钛矿复合氧化物的非化学计量性和缺陷结构 21 1.4.5 影响AB0_3 钙钛矿离子导电的结构因素 21-22 1.4.6 常用的混合导体材料 22-24 1.5 固体氧化物燃料电池SOFC 常见的阳离子导体固体电解质 24-26 1.6 选题的目的及意义 26-28 1.6.1 选题的目的 26 1.6.2 选题的意义 26-28 2 实验内容 28-32 2.1 实验设备 28 2.2 实验原料 28 2.3 粉体制备 28-30 2.4 电极制备 30-32 3 实验数据及结果分析 32-46 3.1 粉体表征(XRD) 32-33 3.2 扫描电镜 33-34 3.3 热膨胀系数曲线 34-36 3.4 电化学分析 36-46 3.4.1 交流阻抗 36-42 3.4.2 电极过电位 42-46 结论 46-47 参考文献 47-53 在学研究成果 53-54 致谢 54
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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