资源描述：
《高温固体氧化物燃料电池中的阴极材料_夏定国》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第12卷第3期中国稀土学报1994年9月高温‘固体氧化物燃料电池中的阴极材料夏定国魏秋明朱时珍刘庆国,(北京科技大学固体电解质研究室北京100083)针对稀土材料在固体氧化物燃料电池中的应用,综述了稀土复合氧化阴极材料的合成方法,讨论了具有钙钦矿型结构的稀土复合氧化物的阴极材料的物理性能、化学性质及掺杂机制。:,,关键词稀土阴极材料燃料电池高温固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其系统设计简单、能量转换效率高、规模弹性大,。以及无公害等一系列优点已引起世界各国的广泛重视但是其商业化还有待于许多关键技,’
2、。阴极材料与阴极制作技术是其中一个十分重要的方面「口术的进步,,SOFC运行发电时其阴极(亦称空气电极)处于高温下的强氧化性气氛中因而必须满足一些严格的技术要求川。其中包括高温下的热和化学稳定性,与固体电解质薄膜(一般用23:,,,Y0稳定化的Zro作成简称YSz)的热膨胀匹配高的电导率理想的孔隙率(比表面)与孔隙尺寸分布。显然,一般的金属是难以满足上述苛刻的技术条件阁。人们通过长期的研究,,发现钙钦型结构的稀土复合氧化物是一类极有希望的SOFC阴极材料本文对SOFc阴极材料的合成方法及有关性能方面的
3、研究情况进行综述。1阴极材料种类及其主要合成方法:I、:In3、Jal,rZn3·a,一二r『o3、a卜工·已经被研究过的soFe阴极材料包括M()ISMOLSCOL、_Jxa二n3alxa03Lanl一Cu3+、。La!二Sr二Co3Lal一,Sr二n3CMOLC尤0和M()等其中O和MO系列目5。前被认为是最有希望的sOFc阴极材料[4.丑为了获得具有良好的物理性能与化学性质的阴,。:极材料人们研究和尝试了各种合成方法(l)粉末焙烧法(亦称陶瓷法)或固相反应法[6j将LaZ3、3n3,1Z,二·O
4、SrCO和MC0按所要求的比例混合均匀在ooC空气中烧20h制得Lal工n3,r。SrM0系列的阴极材料S的掺入量x在混料时控制样品的晶体结构可通过X射线衍,。:射(XRD)方法确定实际的掺杂量x由化学分析方法测定(2)液滴热解法川按适当比例将、,LaSr和Mn(Co)的硝酸盐水溶液混匀以一定的速率通过毛细管将上述溶液滴于一60oC,,。一的石英管壁上液滴立即被干燥氧化形成一定计量比的钙钦矿型复合氧化物(3)溶胶凝’:一、,胶法[s,〕溶胶凝胶法在化工材料等技术领域已获得广泛的应用是一种较低温度的合成
5、,。,,方法其产物的化学组成易于精确控制但是利用SoLgel方法制备SOFC阴极材料却是。,La(33·6H:()、Sr3:n3:·6HZ近两年才开始的首先按要求的比例将N())(N())和M(N())O,,,,的粉末混合溶于少量水并加入聚丙烯酸(用硝酸控制pH值)再搅伴5一10min制得粘性的凝胶。最后,将凝胶在空气中加热到40一50C,即可制得符合要求的样品。(4)电化学〔‘0〕:La、rn,La3十rZ+nZ+合成法将S和M的硝酸盐水溶液混合并使得{[]+「S〕}/仁M]一.100。/1。然后用
6、铂作电极,在室温下,电流密度为05mA/mZ的条件下电解3h,电极上即沉来国家自然科学基金资助课题3期夏定国等高温固体氧化物燃料电池中的阴极材料。,,,l,积一层氧化膜揭下该膜用水冲洗晾干后再在000C氧化性气氛中加热一定时间使氧,。化物晶化即可获得钙钦矿结构的稀土复合氧化物,”、’2。,[〕〔1比较这些方法不难发现除上述方法外文献中报道的还有共沉淀法蒸镀法等,,,固相反应法易于获取大量的样品但它与液滴热解法一样在制备阴极材料时其化学组成不易精确控制。溶胶一凝胶法易于准确控制所需材料的化学计量比,但在
7、制取多孔阴极薄膜,。a。,时其厚度不易严格保证文献[13〕报道了用络合法制忆钡铜氧及LC汉)时发现样品高度弥散,且具有大量缺陷,同时样品比表面大,催化活化好,这点对于制备高性能的SOFC阴极材料是很有启发的。2阴极材料的晶体结构与缺陷,,3到目前为止所研究过的有希望的s0Fc阴极材料均为钙钦矿结构具有通式为ABX的一种无机物结构。其中大的阴离子(X)与大的阳离子(A)构成密堆结构,而小的阳离子则。〔”〕对S()Fc阴极材料的大多数晶体学研究是针对粉位于由阴离子所构成的八面体间隙中,}一况。a3,末样品
8、进行的所报道的实验结果不尽一致阳〕在理想钙钦矿结构LMn()氧化时n魂斗n3“,。,a3M离子替换某些M应当导致点阵收缩然而实际上氧化过程中LMn()缺陷结构。Lan3a,Sr,I二al,丈n。。,的晶胞体积并无变化当向MO中掺杂M(M一C)时形成MM()此时一n‘+,,n’十n3二方面随着M离子含量增加晶胞体积呈线性减小这与M离子尺寸小于M的相一。aZ十La“+。致但并没有反映出伴随着C替换而使化学键共价性减小的特征这可能是由于a“+a”+,’5。,a
