制备和表征固体氧化物燃料电池ce0

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1、制备和表征固体氧化物燃料电池Ce0.8Ca0.2O1.9纳米复合材料电解质由于化石燃料的大量消耗，人们现在面临寻找可再生能源的挑战。固体氧化物燃料电池被认为是最好的可替代能源，因为它不需要燃烧就可以将化学能转换为电能。因此我们需要研究发展更高的固体氧化物燃料电池的离子导电电极材料。本实验通过共沉淀法用Ce0.8Ca0.2O1.9涂以浓度为20%的两个碳酸盐电解质溶液。基于使用镍电极制造电池通过干压生产技术。晶体结构和表面形貌的特征是通过x射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电子显微镜来分析。通过Scherer公式计算出的粒径范围在10-20纳米之间，与扫描电镜和透射电镜结果进

2、行比较，再用电化学阻抗光谱法测量离子电导率，然后计算出活化能。燃料电池在0.567W/厘米温度为550℃²时性能与氢气作为燃料关键词：电解质低温燃料电池（400-600℃）纳米材料替代能源1、介绍由于大量使用的化石燃料而产生的排泄物ＣＯ２已经对环境造成了严重的问题。随着时间的推移，化石燃料正在消耗殆尽，我们的下一代需要寻找可以替代的能源。过去十年许多研究人员做了大量的实验希望可以找到能满足下一代需要的可替代能源．可再生能源是其中最好的可替代能源之一，它不会消耗殆尽而且可以在很短的时间内补充。可再生能源在宇宙中蕴藏丰富，如太阳能、风能、生质能、水能等。燃料电池是一种将化学能

3、直接转化成电能的燃料，而且可以提供热和能。固体氧化物燃料电池对下一代能源技术和“氢经济”有巨大的积极的影响。固体氧化物燃料电池由于是一种高效、可广泛掺杂、灵活、多样的燃料从而最近几年吸引了很多人。传统的固体氧化物燃料是在很高的温度用氧化钇稳定氧化锆做电解质，这种氧化钇稳定氧化锆材料需要在800-1000℃高温条件下，以获得强制的高导电性。这种较高的温度操作使得电池的热膨胀不协调，限制了材料的选择从而不能被广泛应用。本实验选用掺杂氧化锆和掺杂二氧化铈来作为固体氧化物燃料电池电解质材料。为了能使固体氧化物燃料电池得到广泛应用，我们需要降低操作温度。由于电池操作温度取决于电解质

4、内部阻力和活化能,要降低温度，必须降低其界面阻力和活化能。我们可以研究可替代电解质材料在较低温度和最小的极化阻力下控制较高的导电性来解决这个问题。。二氧化铈是一种罕见的金属，它在400-600℃温度下仍具有相对可靠的导电性。但是纯净的二氧化铈是一种很差的离子电导体，需要掺杂二价或三价钙、钐、金等的氧化物来提高离子的导电性。离子掺杂二氧化铈可以很好的降低操作温度。从常见的掺杂元素的元素来看，Ca²﹢最便宜而且更容易和二氧化铈掺杂，因此可以用二价的Ca²﹢来替代三价的Sm³﹢/Gd³﹢.尽管钙单相掺杂二氧化铈的电解质的导电性不如金和钐掺杂二氧化铈，但钙涂覆钾和钠的碳酸盐后再掺

5、杂二氧化铈所形成的二氧化铈氧化物复合材料的导电性在400-600℃的条件下可以显著增强。单相离子掺杂固体氧化物燃料电池已经被发展了数年，如金掺杂二氧化铈，钙掺杂二氧化铈。固体氧化物燃料电池中用单相陶瓷电解质材料掺杂二氧化铈电解质可以在600-800℃的温度下工作，虽然取得了重大的技术成功，但在商业化生产方面还面临许多问题。由于工作温度高而造成成本较高是主要的问题。为解决这个问题，引入先进燃料电池技术——两相纳米材料复合材料。通过纳米技术可以增加离子的导电性，从而，纳米粒子的尺寸在基质中可为非晶态或透明状情况下，纳米复合材料可以被认为是循环的两个阶段。这表明这些纳米粒子在刘

6、易斯介于纳米陶瓷的表面具有聚合物链和阴离子碱盐状态的酸碱互动理论下增加传导性是可能的。两相涂覆被命名为电极材料的核心壳物质帮助电解质的离子从界面运输(从电极到电解质，反之亦然)。第二相可以通过覆盖碳酸盐（碳酸盐可以是Li、Na、K等）电解质材料获得。因此，用Ce4﹢替换Ce³﹢掺杂二氧化铈形成的电解质复合材料会使局部的导电性降低，但碳酸盐作为第二相可以有效地抑制单相钙掺杂二氧化铈的导电性。合成SDC-Na2CO3纳米复合材料需要电解质在1.150W/平方厘米功率密度下达到500°C,也就是大约低于50%的操作温度和比YSZ稍微更大的能量密度。Xiaetal报道一个三元的被

7、命名为SDC的离子传导电解质二氧化铈盐复合材料（SCCEs）用Li/Na/K的碳酸盐作为包覆材料，使用草酸共沉淀法，在空气中离子导电性在600℃为0.1S/cm,用氢为阳极二氧化碳和氧气为阴极时的能量密度为1.7W/cm².目前的研究工作主要集中在二元碱碳酸盐，即用钙掺杂二氧化铈复合电解质材料;这里Ca²﹢用来替换Ｓｍ³﹢或Ｇｄ³﹢。这些钙在电解质材料中创造了更多的氧空缺。该复合材料可以提供材料的结构，表面形态，离子导电性的交流阻抗方法和实验室内镍电极的性能。２．实验２．１电解质粉末制备纳米电解质材料（Ｃｅ０．８Ｃａ０．２Ｏ１