【摘 要】
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固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为目前能源研究领域的重点方向之一,因其环境友好、燃料灵活、能量转化率高而倍受关注。但是,如今SOFCs的商业化发展水平并不高,这主要是由于在
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固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为目前能源研究领域的重点方向之一,因其环境友好、燃料灵活、能量转化率高而倍受关注。但是,如今SOFCs的商业化发展水平并不高,这主要是由于在操作温度较低时阴极的极化电阻较大。因此,研发高效的阴极材料是促进SOFCs商业化的主要途径之一。目前,最常用于SOFCs的阴极材料是ABO3型钙钛矿结构的氧化物,一般通过对A、B位进行掺杂来改善此类阴极材料的性能。本文我们采用卤素阴离子对AB03型钙钛矿结构氧化物的氧位进行掺杂以提高阴极材料的性能。采取EDTA-CA联合络合湿化学法合成了BaCe0.1Co0.3Fe0.6O3-δ(BCCF),以及分别用Cl、F两种卤素部分掺杂BCCF氧位后的BaCe0.1Co0.3Fe0.6O2.95-δCl0.05(BCCFCl0.05)、BaCe0.1Co0.3Fe0.6O2.95-δF0.05(BCCFF0.05)与 BaCe0.1Co0.3Fe0.6O2.9-δF0.1(BCCFF0.1)四种阴极材料。采用XRD技术确定了上述四种材料均是单一的立方钙钛矿相,结合EDS mapping分析技术确定了在后三种阴极材料中卤素均已成功掺入了BCCF钙钛矿结构氧化物中。然后对所合成的四种阴极材料分别进行了微观形貌观察、电子电导率测试、氧程序升温脱附(02-TPD)测试、热重(TG)分析、高温热膨胀(TEC)测试以及X射线光电子能谱(XPS)分析。采用干压法以上述四种阴极材料作质子导体型固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)的阴极制备了 Ni-BZCYYb | BZCYYb | BCCF(电解质平均厚度为 29.1 μm)、Ni-BZCYYb| BZCYYb | BCCFClo.05(电解质平均厚度为 28.9 μm)、Ni-BZCYYb | BZCYYb |BCCFF0.05(电解质平均厚度为 29.5 μm)以及 Ni-BZCYYb | BZCYYb | BCCFF0.1(电解质平均厚度为29.8μm)四种单电池,并考察了其电化学性能。结果显示在700℃时上述四种单电池的输出功率密度分别为493.6、747、516.1、509.2 mW·cm-2,极化电阻分别为 0.066、0.036、0.039、0.046 Q.cm2。由上述结果可知,卤素F、Cl的掺杂可以在一定程度上提高阴极材料BCCF的电化学性能。这与卤素F、Cl掺杂后增强了材料中晶格氧的活性进而使得其在较高的操作温度下产生更多的氧空位等特性相一致。因此,采用卤素掺杂钙钛矿氧化物是一种切实可行的改善SOFCs阴极材料性能的方法。
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