SOFC中SDC电解质和NiO-SDC阳极材料的制备和表征
优秀研究生学位论文题录展示SOFC中SDC电解质和NiO-SDC阳极材料的制备和表征专　业: 材料学关键词: 喷雾热解法 喷雾液 喷雾热解产物 SDC电解质材料 NiO-SDC阳极粉末 致密化分类号: TM911.4　
TM28形　态: 共 62 页　约 40,610 个字　约 1.943 M内容阅　读:
内容摘要固体氧化物燃料电池SOFC由于具有高效、清洁、经济、安全等优点而受到广泛的关注，单电池由阳极、阴极、电解质组成。目前的趋势是研究在800℃以下工作的中低温SOFC。掺杂CeO2材料由于在800℃以下具有很高的离子电导率，因而被认为是很有应用前景SOFC的电解质和阳极材料。在众多掺杂CeO2材料中，Sm2O3掺杂CeO2SDC最具有应用潜力。作为SOFC的电解质材料，要求SDC陶瓷具有高的致密度和大的晶粒尺寸。而SOFC的阳极材料Ni-SDC陶瓷，则需要具有多孔、Ni和SDC两相之间均匀连续分布的结构。众所周知，陶瓷粉末对陶瓷的烧结特性有很大的影响，因此，要求SDC粉末和NiO-SDC粉末具有合适的形貌、颗粒尺寸及分布。一般条件下，球形形貌、尺寸在50nm～0.5μm之间且分布窄的粉末有利于陶瓷的烧结。在众多的制备SDC和NiO-SDC粉末的方法中，喷雾热解法在制备球形粉末方面具有很大的优势，并且可以通过调节工艺参数来控制颗粒的尺寸和分布，同时具有产物组分不偏析等优点。此外，喷雾热解法还具有制备过程简单，能够满足大规模工业化生产要求的特点。因此，根据SOFC电解质和阳极材料的要求，利用喷雾热解法制备SDC电解质粉末和NiO-SDC阳极粉末。本文制备了两种不同组成的喷雾液，其中一种是以NH4HCO3为沉淀剂制备的喷雾液AHC、另一种则是以NH42CO3为沉淀剂制备的喷雾液AC。利用XRD、SEM、TEM以及TG-DTA等测试方法，结合喷雾液的组成、喷雾热解产物和SDC电解质粉末的形貌及颗粒尺寸、SDC电解质陶瓷的致密度和晶粒尺寸，针对不同组成的喷雾液对SDC陶瓷致密化过程的影响进行了研究。并得出如下的实验结果:1、不同的喷雾液导致了喷雾热解产物的形貌和晶相结构的不同。利用AHC制备的喷雾热解产物具有片状形貌，并且含有Ce2CO336H2O的晶相；利用AC制备的喷雾热解产物为无定形的球形形貌。2、热处理过程导致SDC电解质粉末的形貌与喷雾热解产物的形貌的不同。利用AHC制备的SDC电解质粉末仍然保持片状形貌，尺寸为3～5μm；利用AC制备的SDC电解质粉末则具有小颗粒轻微的开放式团聚的形貌，团聚体的尺寸为0.5μm左右。这些差别是由两种沉淀剂的CO32-浓度和pH值的不同造成的3、SDC电解质粉末的不同的形貌决定了陶瓷的致密化和晶粒长大的难易不同。AHC制备的SDC陶瓷在1350℃的温度下烧结，陶瓷的相对密度80%以下和晶粒尺寸0.5μm以下都不太理想；AC制备的陶瓷在烧结温度为1250℃，得到94%以上的相对密度和0.86μm以上的晶粒尺寸。根据以上研究发现，喷雾液的不同影响喷雾热解产物和SDC电解质粉末的形貌，并进一步影响了SDC陶瓷的致密化过程。粉末具有片状形貌和大的团聚体尺寸对陶瓷的致密化过程是不利的，而小的团聚尺寸和开放式的形貌则有利于陶瓷的致密化和晶粒长大。选择以NH42CO3为沉淀剂的喷雾液，在较低的烧结温度下1250℃制备出具有较高的相对密度94%和较大晶粒尺寸0.86μm的SDC电解质陶瓷，在SOFC电解质上有很好的应用前景。本文对纳米NiO-SDC阳极粉末的制备进行了研究，制备了两种喷雾液，一种是Ni溶胶与Ce-Sm溶液混合的胶体溶液，另一种是Ce-Sm溶胶与Ni溶液混合的胶体溶液。1、NiO-SDC阳极粉末的颗粒大小随喷雾液浓度的增大而增大。2、NiO相的生长比SDC相容易，当NiO作为形核中心时，两相的发育程度相近；当SDC作为形核中心时，NiO相的发育程度远高于SDC相的发育程度，两相生长不均衡，颗粒大小也相应增大。这是由于两种喷雾液中的溶胶粒子在喷雾热解的过程中起形核中心的作用，因而溶胶相的发育受到阻碍，从而达到控制其生长的目的。3、Ni溶胶制备的NiO-SDC阳极粉末，即NiO作为形核中心，一次颗粒尺寸为30nm左右，团聚体的尺寸为250nm，分布窄，两相生长程度均衡，且分布均匀，有望在SOFC阳极材料上得到很好的应用..……
全文目录摘要第一章
文献综述1.1 SOFC技术发展概况1.2 SOFC的工作原理与基本结构1.2.1 SOFC的结构1.2.2 工作原理1.2.3 SOFC电解质材料1.2.4 SOFC阳极材料1.2.5 SOFC阴极材料1.3 掺杂CeO_2材料1.4 掺杂CeO_2材料的制备进展1.4.1 固相合成法1.4.2 溶胶凝胶法1.4.3 共沉淀法1.4.4 水热法1.4.5 燃烧法1.4.6 喷雾热解法1.5 喷雾热解法介绍1.5.1 前驱溶液的配制1.5.2 喷雾热解的雾化过程1.5.3 热分解过程1.5.4 粉末收集1.6 选题的目的和意义第二章
实验过程2.1 原料及设备2.1.1 实验原料2.1.2 实验设备与器材2.2 试样制备过程2.2.1 硝酸盐溶液的配制和标定2.2.2 喷雾液的确定2.2.3 喷雾热解过程2.2.4 粉末制备流程图2.2.5 SDC陶瓷体的制备2.3 测试方法2.3.1 X射线衍射XRD2.3.2 差热分析和热失重分析DTA/TG2.3.3 透射电子显微镜TEM2.3.4 场发射扫描电镜SEM2.3.5 粒径分布2.3.6 陶瓷体密度的测定第三章
SDC电解质材料的制备和表征3.1 试样的制备3.1.1 喷雾液的配制3.1.2 粉末的制备条件3.2 实验结果3.2.1 喷雾热解产物的表征3.2.2 SDC电解质粉末的表征3.2.3 SDC电解质陶瓷的表征3.3 机理分析3.3.1 喷雾液对喷雾热解产物的影响3.3.2 热处理对SDC电解质粉末的影响3.3.3 SDC电解质粉末的形貌对陶瓷致密化的影响3.4 小结第四章
NiO-SDC阳极粉末的制备和表征4.1 试样的制备4.1.1 喷雾液的配制4.1.2 粉末的制备条件4.2 反应过程的热分析4.3 NiO-SDC阳极粉末微观结构分析4.3.1 NiO-SDC阳极粉末的晶相分析4.3.2 NiO-SDC阳极粉末的TEM分析4.3.3 NiO-SDC阳极粉末的SEM分析4.3.4 NiO-SDC阳极粉末的粒径分布4.4 反应过程的机理研究4.5 小结第五章
结论参考文献
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TM910.4,97页,TM911.1中图分类:
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于质子导体固体氧化物燃料电池的Ba2Co9O14阴极材料.pdf的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：第30卷第12期2014年12月无机化学学报CHINESE JOURNAL OF ANIC CHEMISTRYVol-30 No.12 质子导体固体氧化物燃料电池的Ba2C090H阴极材料苏峰徐军夏长荣★(中国科学技术大学材料科学与工程系,苏州纳米科技协同创新中心,合肥 230026)摘要:Ba2Co。O。。(BC0)是一种新型的电子一氧离子混合导体,在氧离子导体的固体氧化物燃料电池(SOFC)中,其作为阴极材料的应用可能性已经得到证实,本工作探索BCO在质子导体SOFC中的应用可能性。采用固相反应法制备BCO粉体,研究BCO与质子导体电解质BZCY(BaZro.。Ce。,Y。。Od之间的化学相容性,分析BCO—BZCY复合阴极在BZCY电解质上的电化学性能。当复合阴极中BCO的质量含量为70%时,阴极性能最佳,界面阻抗活化能为1.26 eV。以BCO.BZCY为阴极,Ni—BZCY为阳极,BZCY为电解质的阳极支撑型单电池,700 oC时,单电池的极化阻抗为0.15 Q·cm2最大功率密度为400 mW·cmt。关键词:固体氧化物燃料电池;复合阴极;质子导体电解质;Ba:Co。O。中图分类号:0611.3 文献标识码:A 文章编号:14)12.2713.06DOI:10.1 1862/CJIC.C09014 as Cathode for Solid Oxide Fuel Cell Based on Proton ConductorSU Feng XU Jun XIA Chang—Rong+(Department of Materials Science and Engineering&Collaborative Innovation Center of Suzhou NanoScience and Technology,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)Abstract:Ba2C090】4(BCO)iS a new mixed electronic.ionic conductor and iS used as the cathode for solid oxidefuel cells based onoxygen ion conductors.In this work,BCO powders areprepared using solid-state reactionprocess and investigated as the cathode material for SOFCs based on proton conductors.BCO shows patibility with typical proton conductor BZCY(BaZro.1Cen7Yn203匀.The electrochemical performanceof BCO cathode is improved when BZCY is cooperated.and the lowest interfacial polarization resistance isachieved at positon with 70wt%BCO.which exhibits an activation energy of about 1.26 eV.Single cellsare also constructed with Ni.cermet anode supports.At 700℃.the totalinterfacial polarization resistances of thesingle cell is 0.15 Q·cm2 and the peak power density iS 400 mW·cm-2.Key words:solid oxideBa2C09014 0 引言固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、清洁的能源利用方式。在SOFC中,氧气在阴极被吸附、解离、还原成氧离子,阴极极化电阻是SOFC内阻的主要来源。因此,探索阴极新材料,降低阴极电阻,收稿日期:。收修改稿日期:。国家自然科学基金fNo.)蝴,目。+通讯联系人。E.mail:xiacr@ustc.,Tel:对发展高性能SOFC有重要的意义。作为阴极材料.必须在SOFC的工作温度下具有良好的热稳定性.与电解质材料之间化学相容.同时兼备一定的电子与离子电导率。BazCo。O,。(BCO)是一种新型电子一离子混合导电材料㈦.它拥有良好的电子电导率.当温度高于430万方数据2714 无机化学学报第30卷℃时.电导率盯高于100 S.cin一.与传统阴极材料锰酸锶镧(LSM)131(o'=50~350 S·cm~.700≤丁≤1 000℃1以及镧锶钴铁(LSCF)f41(o'=100~643 S.cm~.500、&r≤800℃1的相近。最近.BCO作为新型阴极材料,应用在基于氧离子导体的SOFC中.电解质包括氧化钇稳定的氧化锆(YSZl以及镧锶镓镁(LSGM)t5】等,并且体现了良好的氧还原催化活性和传输电子的能力,是一种有潜力的SOFC阴极材料。但是.在基于质子导体的SOFC中.BCO的应用尚未见报道。相比于氧离子导体.由于质子独特的传导方式.质子导体具有低的活化能.在低温下电导率更高.氧化物质子导体主要是钙钛矿结构的掺杂BaCeO,和BaZrO,,其中,BaCeO,基质子导体有着较高的质子电导率,但是,在工作条件下易与H,0以及CO,反应[61,BaZrO,基质子导体具有良好的化学稳定性,但烧结活性差,质子电导率相对低同。Zr掺杂的BaCe03基材料BZCY(BaZr0.1Cen7Yn203匀阎兼备了良好的烧结性能.质子电导率和化学稳定性。本工作以BZCY为电解质.探索BCO阴极在质子导体SOFC中的应用可能性.并将BZCY与BCO复合.以提高BCO的阴极性能.同时研究以BCO为阴极的单电池性能。1实验部分1.1粉体的制备试剂均来源于国药集团化学试剂有限公司(SCRC)。Ba:Co。O。。粉体采用固相反应法制备。以C020,与BaCO,f≥99.0%)为原材料,其物质的量比为9:4,使用乙醇作为研磨剂,进行充分研磨(2 h),并使用不锈钢模具压制成圆片.置于马弗炉中.下热处理18 h。研磨一压制一热处理的过程重复3次,得到BCO粉体。BZCY粉体采用柠檬酸一***盐法制备【9】。原料包括Ba(CH,COOH),f≥99.0%),Zr(N03)。-5H20(≥99.5%),(NH4)2Ce(N03)6(≥99.0%)和Y,O,(≥99.99%1。按化学计量比溶于去离子水中,配成水溶液.并加入柠檬酸配位剂1播放器加载中，请稍候...
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第30卷第12期2014年12月无机化学学报CHINESE JOURNAL OF ANIC CHEMISTRYVol-30 No.12 质子导体固体氧化物燃料电池的Ba2C090H阴极材料苏峰徐军夏长荣★(中国科学技术大学材料科学与工程系,苏州纳米科技协同创新中心,合肥 230026)摘要:Ba2Co。O。。(BC0)是一种新型的电子一氧离子混合导体,在氧离子导体的固体氧化物燃料电池(SOFC)中,其作为阴极材料的应用可能性已经得到证实,本工作探索BCO在质子导体SOFC中的应用可能性。采用固相反应法制备BCO粉体,研究BCO与质子导体电解质BZCY(BaZro.。Ce。,Y。。Od之间的化学相容性,分析BCO—BZCY复合阴极在BZCY电解质上的电化学性能。当复合阴极中BCO的质量含量为70%时,阴极性能最佳,界面阻抗活化能为1.26 eV。以BCO.BZCY为阴极,Ni—BZCY为阳极,BZCY为电解质的阳极支撑型单电池,700 oC时,单电池的极化阻抗为0.15 Q·cm2最大功率密度为400 mW·cmt。关键词:固体氧化物燃料电池;复合阴极;质子导体电解质;Ba:Co。O。中图分类号:0611.3 文献标识码:A 文章编号:14)12.2713.06DOI:10.1 1862/CJIC.C09014 as Cathode for Solid Oxide Fuel Cell Based on Proton ConductorSU Feng XU Jun XIA Chang—Rong+(Depart...
内容来自淘豆网转载请标明出处.上传用户：qkksvtbegt资料价格：5财富值&&『』文档下载 ：『』&&『』学位专业：&关 键 词 ：&&&&权力声明：若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请点击。摘要:（摘要内容经过系统自动伪原创处理以避免复制，下载原文正常，内容请直接查看目录。）中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）是固体氧化物燃料电池成长的必定趋向。任务温度的下降有用的改良了低温固体氧化物燃料电池本钱高、资料选择面窄、稳固性差等一系列成绩，有用的增进固体氧化物燃料电池的贸易过程。但温度的下降也使得电极的电催化活性下降，特别是阴极。然后进步阴极的电化学机能重要由以下三个方面动手：开辟新资料；与高离子电导的资料复合制备复合阴极；转变阴极的微不雅描写。本文从转变阴极微不雅描写动手，采取溶胶凝胶法、水热沉淀法及静电纺丝法制备分歧的阴极微不雅描写并评论辩论分歧的微不雅描写对SOFC电机能的影响。经由过程XRD、SEM、TEM、TG-DTG测试，分离对三种办法制备的LSCF粉体的物相及微不雅描写停止了测试。成果注解分歧的工艺前提及制备办法对LSCF物相的构成影响较小而对粉体的微不雅描写影响较年夜。个中溶胶凝胶法制备LSCF的粉体为颗粒状，而水热沉淀法中DMF溶剂制备的LSFC粉体为多孔球型，静电纺丝制备的LSCF粉体为纳米纤维构造。经由过程SEM及阴极的极化阻抗谱图评论辩论了阴极的烧成温度对阴极微不雅构造及电机能影响，成果发明1000℃煅烧时阴极与电解质联合较差，而1200℃煅烧时阴极晶粒显著长年夜且聚会严重，而1100℃煅烧可获得较好的阴极微不雅构造。将三种分歧办法制备的LSCF阴极运用于SOFC单电池，测试了750℃下单电池的输入功率个中水热沉淀法、静电纺丝法和溶胶凝胶法制备的阴极的单电池的输入功率分离为0.95wcm-2、0.78wcm-2及0.64wcm-2。Abstract:Intermediate temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC) is a solid oxide fuel cell growth trend. The temperature drop task useful improved low temperature solid oxide fuel cell high cost, data selection is narrow, bad stability and a series of useful results, enhance the solid oxide fuel cell trade process. But the temperature drop also makes the electrocatalytic activity of the electrodes decreased, especially cathode. Then the important function of progress in electrochemical cathode is composed of the following three aspects: deve and high ionic conductivity of composite materials prepared
transformation of cathode micro description. The change from the cathode micro indecent description hands-on, sol gel method, hydrothermal precipitation method and electrospinning preparation differences of cathode micro indecent description and comment debate differences micro indecent description of influence on the SOFC motor. Through the process of XRD, SEM, TEM, TG-DTG test, phase separation and three kinds of LSCF powders prepared by the way of describing the micro stop test. To process conditions and preparation results note differences on the LSCF phase of the impact on small and micro powder description of a greater impact. The sol-gel preparation of LSCF powder is granulated, and hydrothermal precipitation DMF LSFC powder prepared by solvent method for porous spherical LSCF powder, the electrospun nano fiber structure. Through SEM and cathodic polarization impedance spectrum chart review debate the cathode of the firing temperature on the cathode micro elegant structure and motor can affect, inventions of calcination of 1000 DEG C when the cathode and an electrolyte with poor, and 1200 DEG C when calcining cathode grain was the elder night and party serious, and 1100 DEG C calcination can obtain good cathode micro structure. The three different methods of preparation of LSCF cathode transport for SOFC single cell test 750 DEG C under a single battery input power a hydrothermal precipitation method, electrostatic spinning method and sol - gel prepared by cathode single battery input power separation for 0.95wcm-2, 0.78wcm-2 and 0.64wcm-2.目录:摘要3-4Abstract4目录5-81 文献综述8-22&&&&1.1 燃料电池8-9&&&&1.2 固体氧化物燃料电池9-13&&&&&&&&1.2.1 SOFC 的工作原理及基本结构11-12&&&&&&&&1.2.2 SOFC 的特点和应用12-13&&&&1.3 固体氧化物燃料关键材料13-15&&&&&&&&1.3.1 阴极材料13-14&&&&&&&&1.3.2 阳极材料14&&&&&&&&1.3.3 电解质材料14-15&&&&&&&&1.3.4 连接体材料15&&&&1.4 常用的阴极材料15-18&&&&&&&&1.4.1 金属阴极15&&&&&&&&1.4.2 钙钛矿型半导体氧化物15-17&&&&&&&&1.4.3 复合阴极材料17-18&&&&&&&&1.4.4 其它阴极材料18&&&&1.5 阴极粉体的制备方法18-20&&&&&&&&1.5.1 固相法18-19&&&&&&&&1.5.2 共沉淀法19&&&&&&&&1.5.3 溶胶-凝胶法19&&&&&&&&1.5.4 水热法19-20&&&&&&&&1.5.5 静电纺丝法20&&&&1.6 本课题研究内容及意义20-222 实验材料及测试方法22-25&&&&2.1 实验原料22&&&&2.2 实验仪器22-23&&&&2.3 分析测试23-25&&&&&&&&2.3.1 热重-差热分析23-24&&&&&&&&2.3.2 X 射线衍射分析24&&&&&&&&2.3.3 扫描电子显微镜24&&&&&&&&2.3.4 透射电子显微镜24&&&&&&&&2.3.5 电化学阻抗谱测试24&&&&&&&&2.3.6 电池放电性能测试24-253 溶胶凝胶法合成 La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)粉体及电性能表征25-34&&&&3.1 阴极粉体的合成流程25&&&&3.2 粉体制备的影响因素25-28&&&&&&&&3.2.1 柠檬酸用量（C/Mn~+）的影响26&&&&&&&&3.2.2 pH 对前驱体溶液的影响26-27&&&&&&&&3.2.3 成胶温度的影响27-28&&&&&&&&3.2.4 煅烧温度的影响28&&&&3.3 热分析结果28-29&&&&3.4 溶胶凝胶法制备的 LSCF 粉体的形貌29&&&&3.5 溶胶凝胶法制备 LSCF 电化学性能测试29-33&&&&&&&&3.5.1 阴极浆料及对称电极的制备30&&&&&&&&3.5.2 不同的烧结温度对阴极微观结构的影响30-31&&&&&&&&3.5.3 对称电极交流阻抗的测试31-33&&&&3.6 本章小结33-344 水热沉淀法合成 La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)粉体及电性能表征34-42&&&&4.0 实验过程34-35&&&&4.1 水热反应的 XRD 分析35-36&&&&4.2 水热反应的 SEM 图分析36-37&&&&4.3 多孔球型粉体的 TEM 测试37&&&&4.4 多孔球形结构形成的机理探究37-38&&&&4.5 水热法制备的 LSCF 粉体在阴极上的应用38-39&&&&4.6 粉体的硝化处理39-40&&&&4.7 水热法制备的 LSCF 粉体的电化学性能40-41&&&&4.8 本章小结41-425 静电纺丝法合成 La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)粉体及电性能表征42-50&&&&5.1 实验过程42&&&&5.2 结果与讨论42-44&&&&&&&&5.2.1 XRD 分析42-43&&&&&&&&5.2.2 TG-DTG 测试43-44&&&&5.3 纺丝制备的影响因素44&&&&5.4 煅烧温度对纺丝前驱体的影响44-45&&&&5.5 纳米纤维结构阴极的制备45-46&&&&5.6 纤维阴极的电性能测试46-47&&&&5.7 定向纤维的制备47-49&&&&5.8 本章小结49-506 不同方法制备的 LSCF 阴极在单电池上的应用50-53&&&&6.1 双层电解质的制备50&&&&6.2 不同方法制备的 LSCF 前驱体对单电池电性能的影响50-51&&&&6.3 本章小结51-53结语53-54致谢54-55参考文献55-59附件59-69硕士毕业生信息表69分享到：相关文献|