(sm%2cnd)srmno作为sofc阴极材料性能的研究

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1、图书分类号：O561学校代码：10213U.D.C.:539.19密级：公开理学硕士学位论文(Sm,Nd)SrMnO作为SOFC阴极材料的性能研究硕士研究生：李仁峰导师：黄喜强副教授申请学位：理学硕士学科、专业：凝聚态物理所在单位：物理系答辩日期：2010年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：O561U.D.C.：539.19DissertationfortheMasterDegreeinScienceTHEPROPERTIESOF(Sm,Nd)SrMnOASCATHODEM

2、ATERIALFORSOFCCandidate：LiRenfengSupervisor：AssociateProf.HuangXiqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：CondensedMatterPhysicsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：July,2010Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology

3、哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种具有高效、环境友好等优点的发电装置,被认为是一种很有发展前途的燃料电池。阴极材料作为SOFC重要组成部分的一直是人们研究的热点。阴极对整个电池的输出特性起着至关重要的作用，其结构、性能和反应机制都影响着氧离子输运以及电池系统的性能。目前，SOFC普遍运行在1000℃左右，开发中温下高离子导电率、高电子导电率的新型阴极材料对于SOFC的发展有着重要意义。具有类钙钛矿结构的A2BO4型氧化物是同时具有电子导电和离子导电的混合导体，这类材料

4、在氧透过性、热化学性能、电化学性能以及氧的扩散和表面交换能力等方面显示了明显的优势。本文采用溶胶-凝胶法制备阴极材料Sr2-xLnxMnO4（Ln=Sm，Nd）x=(0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9)并研究了样品体系的晶体结构、化学相容性、热匹配性、密度、热重、电导率、活化能。研究其微观形貌和烧结特性，确定半电池以及电池的最佳烧结温度，在此温度下制备了半电池，并研究其电化学性能。将材料应用于单电池，考察了其输出性能。研究发现，电价平衡以及固溶度两方面的因素决定了掺杂比例为x=0.3，0.5时样

5、品形成A2BO4结构。样品与GDC(Ce0.9Gd0.1O1.9)在1100℃以内具有良好的化学相容性，在相同的测试温度范围内具有良好热匹配性，在空气气氛下200-900℃温区内样品的热膨胀系数为17.7-19.3×10-6K-1，GDC的热膨胀系数为17.7×10-6K-1。样品由于水分、填隙氧、晶格氧的逸出而失重；1100℃烧结的样品足够致密，随着掺杂量的增加小极化子数量增多，致使样品的电导率逐渐升高，活化能逐渐减小。在800℃时，样品中SSM1109的电导率最大，达到2.15S·cm-1，其活化能

6、最小，数值为2.25kJ·mol-1。其微观结构和烧结特性共同决定了1050℃为电池或半电池的最佳制备条件，在此温度下制备了半电池。随着掺杂量的增加电导率增加、填隙氧减少，使得不相同掺杂比例的样品在800℃时，在相同的电流密度下SSM1505和SNM1505阴极过电位最低，电流密度为123mA·cm-2时SSM1505和SNM1505阴极过电位分别为45mV和38mV。将SSM1505应用于单电池，从此样品特性可知，可将阴极极化电阻近似看成总电极极化电阻，它随温度的升高而降低，致使功率密度随着温度的升高

7、而增大。电池在600℃、650℃时最大功率密度分别达到333mW/cm2和417mW/cm2。关键词：SOFC；阴极；A2BO4；过电位-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractSolidOxideFuelCells（SOFC）wasconsideredasapromisingfuelcellbecauseitisakindofelectricitygeneratorwithhighefficiencyandlowpollution.AsthekeyelementofSOFC,intheper

8、formanceofthewholecell,cathodeplaysaveryimportantrole.Itsstructure,characterandmechanismofreactionwillaffectbehaviorsoftransmitingoxygenionsandelectricalconductivity.Forthefurtherimprovementofcellperformance,thedevelopment