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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种电化学能转换装置,具有能量转换效率高、对环境友好和燃料选择广泛等优点,得到了人们的广泛关注。SOFC的基本结构可以看成多孔阴极和多孔阳极中间夹着固体电解质。工作时极化损失主要集中在电解质的内阻上。为提高燃料电池的电流密度和输出功率密度,应尽量降低电解质材料的厚度。同时由于传统的SOFC由于工作温度高(1000℃左右)带来诸多材料和技术问题,因此,对中温范围(600~800℃)内具有较高氧离子电导率的材料的研究也是当前的一个研究热点。
La2Mo2O9这种氧离子导体,在800℃下的电导率高达0.06S cm-1,在中温SOFC中有较大应用前景。因此对La2Mo2O9薄膜化的工艺进行研究具有很大的实际意义。
鉴于目前尚未见到国内外关于制备La2Mo2O9薄膜材料的报道,本文围绕着电泳沉积法制备La2Mo2O9薄膜,在如下的几方面进行了研究和探索:
1. 电泳沉积用La2Mo2O9粉体的制备,分别通过固相法和柠檬酸盐法制备了La2Mo2O9粉体,其颗粒粒径分别为500nm和150nm左右。
2. 采用La0.8Sr0.2CoO3混合导体作为阴极基体材料,对La0.8Sr0.2CoO3和La2Mo2O9的热膨胀性能,以及La2Mo2O9/La0.8Sr0.2CoO3双相材料高温化学稳定性和电化学性能进行了研究。结果表明,两种材料在600~800℃范围内有相近的热膨胀系数;La2Mo2O9与La0.8Sr0.2CoO3在800℃以下有良好的化学稳定性,在850℃以上有杂相La2MoO6生成。采用K值法对900℃不同保温时间的样品的XRD结果进行分析表明杂相的含量随保温时间的增加而增加,La2Mo2O9/La0.8Sr0.2CoO3双相材料的电导率随La0.8Sr0.2CoO3含量的增加而增加。
3. 采用恒压电泳沉积法在La0.8Sr0.2CoO3支撑体上制备了多孔的La2Mo2O9薄膜。分别采用固相法和柠檬酸盐法制备的粉体配成悬浮液,根据ζ电位值的大小确定了悬浮体系中分散介质碘的含量,以及水和La2Mo2O9粉体含量的最佳值。对分散有固相法制备的粉体的悬浮体系,其组成为:丙酮230ml+水10ml+碘0.02g+ La2Mo2O9 2g;对分散有柠檬酸盐法制备的粉体的悬浮体系,其组成为:丙酮230ml+水10ml+碘0.04g+La2Mo2O9 1g。对电泳沉积工艺的研究表明电压为50V时沉积的薄膜质量最好。在沉积电压为50V的条件下,薄膜厚度随沉积时间延长而增大;在电压为50V,沉积时间为10min条件下,所制得的薄膜厚度分别为30μm(固相法粉体)和20μm(柠檬酸法粉体)。