氧化铋基中温固体氧化物燃料电池复合阴极研究.pdfVIP

摘要 摘 要 燃料电池系统是一种高效而清洁的发电装置，被认为是21 世纪的绿色能源。 传统的高温固体氧化物燃料电池（SOFC ）由于其高的操作温度，导致了材料选 择的困难和成本的居高不下，降低电池的工作温度，使SOFC 在中温（500～800 oC ）条件下运行，可以在保持高温燃料电池优点的同时拓宽材料的选择范围，降 低电池的制备和运行成本。而当前使用的传统阴极材料，只有在高温下才有较好 的氧催化活性和电化学性质，随着工作温度的降低，阴极极化电阻大幅度增加， 这使其难以满足在中温下使用的要求。因此，找到一种能在中温条件下具有很好 性能的阴极材料是降低SOFC 工作温度的关键。 许多研究认为：混合离子- 电子导体是一种非常有前途的IT-SOFC 阴极材料， 由于具有较高的氧表面交换系数、高的氧空位浓度以及混合导体属性使其具有良 好的氧催化活性。在以电子传导为主的阴极材料中掺入高离子导电的电解质是开 发离子- 电子混合电导阴极的有效方法。由于Bi O 基电解质具有高的氧离子电导 2 3 性，本文制备了一系列Bi O 基复合阴极并研究其在中温下的电化学性能。 2 3 采用固相反应法制备 Bi0.89Ba0.11O1.445 （BSB ）、Bi0.62Pb0.38O1.31 （PSB ）电解 质粉体，并用XRD 测试了电解质粉体的物相组成。将制备的电解质与Ag 复合 制备Ag-BSB 、Ag-PSB 复合阴极，用SEM 观察了复合电极的断面结构，利用交 o 流阻抗谱研究了电极在中温（500～700 C ）下的电化学性能。结果表明Ag-BSB o  2 在700 C 的界面电阻为0.12 ·cm ，比Ag 基其它复合阴极，如：Ag-SDC、Ag-YSZ 的界面极化电阻要小得多，是中温固体氧化物燃料电池阴极很好的候选材料；而 Ag-PSB 电极虽然具有高的离子- 电子电导，但由于电极微结构不够理想，导致界 o  2 面电阻偏大，在700 C 的界面电阻为0.56 ·cm ，其性能有待于进一步提高。 研究掺 Y0.25Bi0.75O1.5 （YSB ）的 La0.8Sr0.2MnO3 （LSM ）系列阴极的性能。 通过XRD 测试粉体物相组成，利用交流阻抗谱研究了电极的电化学性能。实验 结果表明：YSB 的掺入改善了LSM 电极性能，其中以掺入量为50vol%的复合 o  2 电极性能最好，在700 C 的界面电阻为0.42 ·cm 。 关键词：固体氧化物燃料电池；复合阴极；界面电阻；三相界面 I 氧化铋基中温固体氧化物燃料电池复合阴极研究 ABSTRACT As a promising energy conversion system, solid oxide fuel cell (SOFC) has been attracted much attention because of its high efficiency and low impact to the environment, and been regarded as the green power source in the 21st century. The operating temperature of traditional S