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固体氧化物燃料电池Pd-YSZ复合阴极的制备与表征

作　者: 程景兰
导　师: 李箭；蒲健
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: IT-SOFC 复合阴极 Pd-YSZ 三相界面还原催化
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)改善了传统SOFCs出现的成本高、制备困难、性能稳定性差等一系列问题,然而随着工作温度的降低,阴极材料所产生的极化损耗增大,限制了IT-SOFCs性能及其技术发展。本文针对目前IT-SOFCs电极电阻较大,难以满足工作需要的基础上,提出了Pd-YSZ金属陶瓷复合阴极的研究。本文采用丝网印刷制阴极膜和溶液注入贵金属粒子的方法制备出了纳米Pd-YSZ金属陶瓷复合阴极。用扫描电镜(SEM)研究了该阴极的表面和界面微观结构,结果显示复合电极具有三种相互交叉且相互连接的金属相网络、电解质相网络和气相微孔网络,三种网络形成足够长且连续的三相界面,从而有利于电极反应中的电子电荷、氧离子和氧气传质的流通和相互转换。以往纯贵金属电极的反应活性中心即三相界面只存在于贵金属与电解质接触的界面上,而Pd-YSZ金属陶瓷复合阴极将催化电化学反应的活性反应区扩展到整个电极的三维区域,同时也改进了电极与电解质的结合状态,并且YSZ颗粒能够有效地防止Pd活性颗粒的长大。采用交流阻抗法对复合阴极进行电化学性能的表征,结果显示,由于三相界面的拓展和Pd良好的还原催化性,Pd-YSZ复合阴极电化学性能良好,电极电阻较低。Pd注入8次、超声波振动法注入、焙烧温度750℃条件下制备的阴极在工作温度750℃时Re仅为0.201Ωcm2,800℃为0.112Ωcm2,电导活化能138.94 kJ/mol,显著小于传统阴极LSM和LSCF的活化能160-230 kJ/mol。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-26
  1.1 燃料电池简述  10-11
  1.2 固体氧化物燃料电池及其工作原理  11-13
  1.3 SOFC 的基本组成  13-14
  1.4 固体氧化物燃料电池阴极材料的基本要求  14-16
  1.5 SOFC 阴极材料的研究现状及进展  16-21
  1.6 SOFC 阴极薄膜的几种常用制备方法  21-24
  1.7 本论文工作重点和意义  24-26
2 实验方法和原理  26-32
  2.1 实验仪器与试剂  26-27
    2.1.1 主要实验仪器  26
    2.1.2 主要实验药品  26-27
  2.2 实验方法  27-32
    2.2.1 电解质、阴极的制备方法  27
      1) 电解质的制备  27
      2) 阴极的制备  27
    2.2.2 电解质、阴极材料物理性质表征方法  27-28
    2.2.3 热分析  28
    2.2.4 交流阻抗  28-32
3 Pd 的氧化还原规律的初步探讨  32-37
  3.1 引言  32
  3.2 实验部分  32
  3.3 结果与讨论  32-36
  3.4 本章小结  36-37
4 Pd-YSZ 复合阴极材料的制备及表征  37-48
  4.1 引言  37
  4.2 实验部分  37-40
    4.2.1 电解质薄片的制备  37
    4.2.2 阴极的制备  37-39
    4.2.3 Pd 原子注入  39-40
  4.3 结果与讨论  40-47
    4.3.1 复合阴极孔隙率测量  40-41
    4.3.2 复合阴极物相分析  41-42
    4.3.3 Pd-YSZ 阴极微观形貌表征  42-47
  4.4 本章小结  47-48
5 Pd -YSZ 复合阴极的电化学分析  48-55
  5.1 引言  48
  5.2 实验部分  48-49
  5.3 结果与讨论  49-54
    5.3.1 Pd 注入次数对电化学性能的影响  49
    5.3.2 焙烧温度对电化学性能的影响  49-50
    5.3.3 测试温度对电化学性能的影响  50-53
    5.3.4 Pd-YSZ 复合阴极的电导活化能  53-54
  5.4 本章小结  54-55
6 全文总结与展望  55-57
  6.1 全文总结  55-56
  6.2 后期工作展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-64

固体氧化物燃料电池Pd-YSZ复合阴极的制备与表征

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