溶胶-凝胶法制备固体氧化物燃料电池复合阴极.pdfVIP

第33卷 增刊3 稀有金属材料与工程 V01．33，Suppl．3 MATERIAI，S December2004 2004年 12月 RAREMETAL ANDENG肥ER【NG 溶胶一凝胶法制备固体氧化物燃料电池复合阴极 樊 星，许兴燕，夏长荣，孟广耀 (中国科学技术大学生物质洁净能源实验室，材料科学与工程系，安徽合肥230026) 摘 2ceo．80l 要：I用溶胶．凝胶法制备了中温固体氧化物燃料电池的50w／％sIIlo90(sDc)+50w／％(La085sro．15)o．9Mn03_。 (LSM)复合阴极。阴极一电解质(SDC)界面电阻深受阴极微结构的影响：用溶胶凝胶法制备的阴极具备有利于氧还原反应 的微结构，包括小的粒径、高的孔隙率、高的比表面积等。而微结构又受到烧结温度的影响，界面电阻最小时的烧结 温度为950℃。800℃时界面电阻为o．14Qcm2，明显低于其他方法制备的同化学成分阴极的界面电阻。) 关键词：溶胶．凝胶；复合阴极：界面电阻；LsM；固体氧化物燃料电池 中图法分类号：TQl29 文献标识码：A 文章编号：1002．185X(2004)S3．045．04 所制备的粒子或材料非常均匀，纯度也很高。已经有 1 引 言 不同的方法制备LSM复合阴极的报道，然而利用 固体氧化物燃料电池(SOFc)是1种高效、经济、 环保，将化学能直接转换成电能的装置。在SOFC商 业化进程中，降低其运行成本，提高其运行时的稳定 制备LSM．SDC复合阴极的电极微结构及其界面电阻。 性是十分关键的。当把SOFC操作温度降低到中温操 2实验过程 作温度(600℃～800℃)时，不仅可以采用不锈钢作为连 接材料，而且电池部件间在高温下呈现的热膨胀不匹 草酸盐共沉淀法制备SDC电解质粉体：将 配及各材料间的扩散反应现象能得到有效缓解，延长 了材料的使用寿命。然而传统的SOFC电解质材料氧 化钇稳定的氧化锆(YSz)在中温下的离子电导率太低，生成草酸盐沉淀，所得沉淀经过滤、洗涤、烘干、最 从而限制了其在中温sOFC中的应用。和YSz相比，后在850℃预烧2h。称量约0．5g共沉淀SDC粉，在 250 400℃／5h 掺杂氧化铈(DCO)有高的离子电导率，相近的热膨胀 MPa下单轴冷压为直径15mm的圆片，1 系数，更适合作为中温SOFC的电解质【l】。 下烧结成致密的电解质片。 LahSrov至n03(LSM)是传统的SOFC阴极，它具有 与YSz，DCO等电解质相匹配的热膨胀系数，化学与 热稳定性高。随着操作温度的降低，阴极电解质的界 (NO，)：硝酸盐溶液，按产物粉体的比例混合，然后加 面电阻迅速增加，成为电池内阻的主要来源123J。由 入一定量的甘氨酸并充分搅拌，将溶液置于1000ml LSM和YSz或DCO组成的复合阴极由于扩大了阴极大烧杯中加热，使溶液浓缩，变为粘稠状以后，发生 h。 反应的三相界面(气相、阴极和电解质)，比纯LSM阴自燃烧反应，得到棕黑色粉体，800℃预烧4 极具有更好的性斛4，5】。复合阴极的界面性能同时由阴 极微结构所决定，而微结构与原料粉体的制备、不同 科O，)。溶液按比例混合并逐滴加入氨水溶液中形成氢 粉体之间的搭配、阴极的烧结温度等有很大的关系【6】。 氧化物沉淀；沉淀经