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固体氧化物燃料电池双相电极材料制备与电学性能的研究

作　者: 王金玲
导　师: 张国光
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料工程
关键词: 双相材料 介电弛豫 阻抗谱 Zeta电位 电泳沉积
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


双相材料作为固体氧化物燃料电池阳极材料得到人们广泛的关注。本论文分别对NiO/La2Mo2O9、NiO/YSZ和LaSr3Fe3O10-δ/La2Mo2O9双相复合粉体的电学性能进行了探索性研究。论文第一章主要介绍了固体氧化物燃料电池的原理及研究现状。第二章主要要介绍了应用到的试验方法。第三章采用化学沉淀法制备了NiO/La2Mo2O9（简记为N/L）双相材料，并研究了其电学性能。介电研究结果表明体积比为2:8的N/L样品在848K附近出现由αLa2Mo2O9→βLa2Mo2O9相变导致的介电损耗峰，在633K附近出现与La2Mo2O9相中的氧短程扩散有关的损耗峰，其介电活化能为1.01eV，在440K附近出现NiO样品的损耗峰。体积比为4:6的N/L样品介电弛豫谱中在480K和823K附近出现NiO相变和La2Mo2O9相变有关的损耗峰。在500-820K温度范围内出现三个介电损耗峰，第一个峰与La2Mo2O9相中的O（1） O（2）氧的短程扩散有关，其介电活化能为1.45±0.10eV。第二个与第三个损耗峰的峰温与测试频率之间没有明显的弛豫性质。第四章研究了双相试样LaSr3Fe3O10-δ/La2Mo2O9（简记为LSFO/LMO）的化学相容性、电导率、介电弛豫行为。固相法制备的LSFO/LMO的化学相容性经XRD表征确定700℃保温3h，LSFO与LMO未发生反应,800℃保温3h的样品出现了少量杂相。双相材料的电导率，随着LSFO体积比的增大而增大。LSFO: LMO=2:8样品在800K附近出现由αLa2Mo2O9→βLa2Mo2O9相变所产生的损耗峰，在600K附近出现与La2Mo2O9相中的氧短程扩散有关的损耗峰，其介电活化能为1.53eV。采用恒压电泳沉积法在La2Mo2O9支撑体上制备了LaSr3Fe3O10-δ/La2Mo2O9薄膜。对电泳沉积工艺的研究表明电压为20V时沉积三分钟的薄膜质量最好，其厚度约为30μm，且薄膜与支撑体之间结合性良好。通过对LSFO/LMO‖LMO半电池的交流阻抗谱测试，其阻抗谱曲线是由四个半圆弧构成的，通过拟合结果表明随着温度的升高电池的欧姆电阻也随着降低，极化电阻也随着降低。第五章通过Zeta电位测量，确定了电泳沉积制备NiO/YSZ薄膜所用悬浮液的最佳组成为250mL蒸馏水+5gNiO/YSZ复合粉体+6mL十二烷基苯磺酸钠表面活性剂。采用恒压电泳沉积法在YSZ支撑体上制备了NiO/YSZ薄膜。对电泳沉积工艺的研究表明电压为20V时沉积三分钟的薄膜质量最好，其厚度约为20μm，且薄膜与支撑体之间结合性良好。通过对NiO/YSZ‖YSZ半电池的交流阻抗谱测试，其阻抗谱曲线是由一条拖着长尾巴的三个半圆弧构成的，通过拟合结果表明随着温度的升高电池的欧姆电阻也随着降低，极化电阻也随着降低。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell)  10-17
    1.1.1 SOFC 工作原理  10-12
    1.1.2 SOFC 的电解质材料  12-14
    1.1.3 SOFC 的阳极材料  14-16
    1.1.4 SOFC 的阴极材料  16-17
  1.2 SOFC 的发展现状及应用前景  17-18
  1.3 研究目的意义和内容  18-19
第2章 试验方法与原理  19-27
  2.1 双相复合材料的制备方法  19-20
  2.2 电导率的测量  20
  2.3 功函数的测量  20-21
  2.4 交流阻抗谱的测试原理  21-23
    2.4.1 材料的介电弛豫性质  21-22
    2.4.2 交流阻抗谱原理  22-23
  2.5 电泳沉积  23-27
    2.5.1 电泳沉积的原理  23-25
    2.5.2 电泳沉积电压和沉积量的关系  25
    2.5.3 沉积时间和沉积量的关系  25-27
第3章 NiO/La_2Mo_2O_9基 SOFC 双相阳极的制备及性能  27-41
  3.1 实验  27-28
    3.1.1 NiO/La_2Mo_2O_9粉体的制备  27-28
    3.1.2 NiO/La_2Mo_2O_9‖La_2Mo_2O_9半电池的制备  28
    3.1.3 性能测试  28
  3.2 实验结果及讨论  28-39
    3.2.1 NiO 和 La_2Mo_2O_9化学相容性分析  28-29
    3.2.2 电导率测试结果分析  29-30
    3.2.3 差热分析结果  30
    3.2.4 N/L46 样品的介电弛豫测试结果分析  30-34
    3.2.5 N/L28 样品的介电弛豫测试结果分析  34-36
    3.2.6 凯尔文探针分析  36
    3.2.7 交流阻抗谱分析结果  36-37
    3.2.8 表面形貌的观察  37
    3.2.9 阻抗谱测试结果分析  37-39
  3.3 本章小结  39-41
第4章 电泳沉积法制备 LaSr_3Fe_3O_(10-δ)/La_2Mo_2O_9薄膜的研究  41-57
  引言  41
  4.1 实验  41-43
    4.1.1 LSFO/ LMO 复合粉体的制备  41-42
    4.1.2 稳定悬浮液的制备  42
    4.1.3 电泳沉积  42
    4.1.4 性能测试  42-43
  4.2 结果与讨论  43-55
    4.2.1 物相分析  43
    4.2.2 电导率测试结果  43-44
    4.2.3 介电弛豫测试结果分析  44-46
    4.2.4 阻抗谱分析  46-47
    4.2.5 凯尔文探针分析  47-48
    4.2.6 悬浮液中 LSFO/LMO 复合粉体用量的确定  48-49
    4.2.7 悬浮液体系中十二烷基苯磺酸钠含量的确定  49
    4.2.8 确定电泳沉积电压  49-50
    4.2.9 电泳沉积时间与沉积量的关系  50
    4.2.10 表面形貌的观察  50-52
    4.2.11 沉积层组成分析  52-53
    4.2.12 阻抗谱测试结果分析  53-55
  4.3 本章小结  55-57
第5章 电泳沉积法制备 NiO/YSZ 薄膜及分析  57-67
  引言  57
  5.1 实验  57-58
    5.1.1 阳极的制备  57
    5.1.2 稳定悬浮液的制备  57-58
    5.1.3 电泳沉积  58
    5.1.4 性能测试  58
  5.2 结果与讨论  58-64
    5.2.1 悬浮液中 NiO/YSZ 粉体用量的确定  58-59
    5.2.2 悬浮液体系中十二烷基苯磺酸钠含量的确定  59
    5.2.3 电泳沉积电压的确定  59-60
    5.2.4 电泳沉积时间与沉积量的关系  60
    5.2.5 表面形貌的观察  60-62
    5.2.6 沉积层组成分析  62-63
    5.2.7 阻抗谱分析  63-64
  5.3 本章小结  64-67
第6章 结论  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74

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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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