资源描述：
《固体氧化物燃料电池材料的研究进展.pdf》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、综述与述评2003年第1期(总第95期)现代技术陶瓷固体氧化物燃料电池材料的研究进展123江金国刘晓芳石汝军12(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070;山东理工大学材料科学与工程学院,淄博255100;3山东硅苑新材料科技股份有限公司,淄博255086)摘要固体氧化物燃料电池(SOFC)是当今一种先进的能量转换装置,具有能量转换效率高、环境友好、燃料适用性强和无腐蚀等突出优点。该电池通常用陶瓷作组装材料,操作温度为600～1000℃。详细介绍了固体氧化物燃料电池各元件的材料,包括Y2O3稳定化的ZrO2固体电解质,Ni
2、/稳定化ZrO2阳极,掺杂的LaMnO3阴极以及掺杂的LaCrO3连接材料等。关键词固体氧化物燃料电池电解质阴极阳极连接材料固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换下它是单斜晶体结构,在1170℃转变成四方结效率高、环境友好(即很低的NOx,SO2,粉尘和噪构,在2370℃时变成立方结构。这种立方结构有声排放)、燃料适用性强和无腐蚀等突出优点,是利于离子导电,通过添加某些二价或三价的氧化[1～4]一种最有前途的高效、洁净发电技术之一,近物(如CaO,MgO,Y2O3和一些稀土元素氧化物年来受到国内外有关方面的极大关注。特别是从等
3、),一方面可以使立方结构在室温到熔点的范围20世纪80年代以来,材料科学的迅速发展使其内稳定,另一方面还可增加ZrO2中的氧空位浓研究开发工作更加令人瞩目。它是全陶瓷结构,度,大大提高其离子导电能力。钇稳定的二氧化包括固体电解质材料、阴极材料、阳极材料以及连锆(YSZ)是目前SOFC系统主要使用的电解质材接材料。关于SOFC的工作原理和发展现状已有料,Y2O3稳定ZrO2的关系式可用下式表示:文章介绍,这里不再叙述。本文将对电池用几种ZrO2xY2O32YZr′+Vo″+3Oo材料的研究进展进行详尽的综述。4+在此过程中,Y替代Z
4、r晶格位置,同时产生1电解质材料氧空位,氧离子通过这些氧空位实现其离子导电。实验证明,稳定ZrO2的离子电导率与掺杂氧化物SOFC要求[5]固体电解质材料除了具有高氧的含量有关,掺杂量增加到某一值时,离子电导率离子电导率和低电子迁移数(te≤0.01)外,尚需有出现极大值;当掺杂量继续增大时离子电导率反在高温以及氧化、还原气氛中的稳定性,与电极材而下降,这是由于此时的氧空位变得无序化,产生料的化学相容性和热膨胀匹配性,足够的机械强了团聚和静电相互作用所致。研究表明:Y2O3掺度,稳定的形状、尺寸,适中的价格等。入量为8%～10%(
5、摩尔分数)时,导电性能最好。1.1稳定化的ZrO2电解质但YSZ在长期使用过程中也存在不足之处:该陶目前广泛使用的固体电解质仍是早期开发的瓷较脆,极易由于组装及不同工作阶段引起固体以ZrO2为基的固体电解质,使用最广的稳定剂为氧化物燃料电池的裂纹而发生破碎,进而会引起[6]碱土金属氧化物和烯土氧化物。纯ZrO2由于其燃料和氧化剂的交叉渗漏,降低电池的性能和效离子导电能力太低而不能用作电解质材料,室温率。目前,用于提高电解质韧性的方法大多基于作者简介:江金国(1978～),男,硕士研究生1主要从事电子功能陶瓷方面的研究114综述与述
6、评现代技术陶瓷2003年第1期(总第95期)[7]添加增韧剂的原则,唐先敏等人发现:在ZrO2+料与之相匹配,同时它和一些燃料气体的长期稳Y2O3系中适量添加一定量的Al2O3,可大大提高定性有待深入研究。材料的抗热震性能和韧性,而不改变其电性能。1.2其它电解质材料2阳极材料另外,还有3类新型陶瓷材料有望成为SOFC的固体电解质材料[8]:稳定化的Bi2O3,掺杂的阳极(燃料电极)材料的选择与燃料气体在电CeO2以及掺杂的LaGaO3。在所有的陶瓷电解质极表面发生的催化氧化反应机理有关,但它必须[5]满足以下几个方面的要求:①在
7、还原气氛中稳中,δ—Bi2O3表现出最高的氧离子电导率(在定;②较高的电子导电率;③在高温时与电解质材750℃大约有1Scm-1),这可能归功于其相当疏料有良好的化学相容性和热膨胀的匹配性;④催松的结构,这种结构仅在729℃以上稳定,但如果化性能良好及高透气性以促进电化学反应及使气在其中掺入Y2O3或者Er2O3,它就有可能在低温体容易透过。下形成稳定的结构。在较高的氧分压下,Bi2O3基3+2.1Ni/YSZ金属陶瓷陶瓷电解质出现的最主要问题是Bi离子被还目前广泛使用的SOFC阳极材料主要是Ni/原成金属Bi,这极大地破坏了电解
8、质材料的性[6]YSZ。在这种阳极材料中,YSZ陶瓷材料主要起能。稳定化的Bi2O3作为电解质的实际应用,还支撑作用,提供承载Ni粒子的骨架结构,阻止在有待进一步研究。SOFC系统运行过程中Ni粒子团聚而导致阳极活用碱土金属氧化物和稀土金属氧化物掺
