直接电化学氧化sofc用掺杂钛酸盐阳极材料制备与性能研究

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1、中文摘要碳氢燃料直接电化学氧化是固体氧化物燃料电池研究的重要方向之一。掺杂钛酸锶材料是一种对碳氢燃料具有良好催化性能的离子一电子混合导体，被认为具有作为SOFC阳极材料的潜在应用价值。本文采用固相法研究了一种新型钙钛矿结构阳极材料：镧、镓和锰复合掺杂的钛酸锶，通过复合掺杂，以期进一步提高材料的性能。通过热重差热(DSC—TG)分析确定粉料的预合成制度，采用X射线衍射分析预合成粉料晶体结构，通过热膨胀分析确定粉料的最佳烧结制度；采用扫描电镜分析烧结体微观结构，采用四电极法测试样电导率，并对材料的密度、强度等物理性能进行测试分析。粉末在1060℃合成，经过球磨、烘干和过筛后，先干压成

2、型(170MPa)再等静压成型(180MPa)。成型后试条装入密闭的坩埚，利用石墨造成还原气氛，于1360℃烧成2h。分析结果表明：材料烧结后形成单一的钙钛矿结构，与电解质8YSZ混合在1400℃下共烧不发生化学反应，表现出良好的化学兼容性。在400℃～900℃范围内复合掺杂钛酸锶材料表现为离子一电子混合导电特性，低温下以电子导电为主，高温下以离子导电为主。材料电导率与掺杂物质、掺杂量和烧结温度有关。1360℃烧结的Sro．57La029Tio9Mno．05Gao0502．95性能最佳，电导率在800℃达60．9S／cm，相对密度达96．6％，强度达128MPa。关键词：固体氧化

3、物燃料电池阳极材料直接氧化离子电子混合导体钙钛矿ABSTRACTDirectelectrochemicaloxidationofhydrocarbonfuelsisthecurrentdevelopmenttrendofSOFCs．DopedSrTi03isconsideredtobethepotentialanodematerialforSOFCbecauseofitsmixedionic—electronicconductivitiesandexcellentcatalysistohydrocarbonfuels．ItisinvestigatedwithLasubstitut

4、ioninA-siteandGaandMnsubstitutionsinB．sitetoimproveitselectricalproperties．ThecalcinationsprocesswasinvestigatedbyDSC-TG．TheoptimalsinteringtemperaturewasinvestigatedbyDILanalysis．ThestructureofthismaterialwascharacterizedbvmeansofXRDandSEM．TheelectricalperformancewasstudiedthroughaDC4-probem

5、ethod．Therelativedensityandmechanicalstrengthwerealsostudied．Thepowdersarefabricatedbysolid．statereactionat1060℃for2h．Afterballmilling，dryingandsieving，barsareshapedat170MPa，followedbyisostaticpressingat180MPa．Samplesaresealedintoacruciblewithcarboninsidetocreatereducingatmospheres．Theyaresin

6、teredat1360℃for2h．Themainconclusionsareasfollows：Thesampleshaveasingleperovskitephase．ThereisnochemicalreactionbetweendopedSrTi03and8YSZsinteredat1400℃thatshowedgoodchemicalcompatibility．Thecompositeismixedoxygen．ionic／electronicconductorat400℃～900℃·Itiselectronicconductoratlowtemperaturesand

7、ionicconductorathightemperatures．Theconductivityisrelatedtothekindofdopant，itscontentandsinteringtemperature．ThebestpropertiesareobtainedforSr0．57Lao．29Tio．9Mn00sGa00502．95sinteredat1360℃．Itsconductivityreached60．9S／cmtestedat800℃．Therelative