【摘 要】
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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种具备高效率转换以及绿色无污染的能源装置,如今越来越受到广大科研工作者的重视。由于在过高的工作温度下,电池堆的整体稳定性将得不到保障,
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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种具备高效率转换以及绿色无污染的能源装置,如今越来越受到广大科研工作者的重视。由于在过高的工作温度下,电池堆的整体稳定性将得不到保障,并且高的工作温度使得材料成本随之增加,而电解质材料作为固体氧化物燃料电池的最为重要部分,它的性能将影响整个电池的工作温度。因此开发中低温条件下具备良好性能的电解质材料十分必要。本论文力求寻找一种新的适用于中温环境下的电解质材料。首先采用溶胶凝胶法和机械混合法制备Ce0.8Gd0.2O1.9(G DC):Na2B4O7(NBO)摩尔比为8:2的新型复合电解质GDC-NBO,通过研究不同烧结温度复合电解质GDC-NBO的XRD、SEM、TEM及电导率,探讨烧结温度对复合电解质组织和性能的影响规律;研究熔盐Na2B4O7、Li2CO3(LCO)的复合对氧化铈基复合电解质性能的影响,从而获得在中低温下具备优异性能的电解质材料。对新型复合电解质GDC-NBO的研究结果表明:通过机械混合法制备的GDC-NBO在400℃-1200℃温度范围内并不会出现质量损失等蒸发现象;800℃烧结保温3h后复合电解质GDC-NBO表面出现新相GdB03,且NBO相在复合电解质中作为无定形非晶相存在;复合电解质GDC-NBO形成NBO包裹着GDC颗粒的核壳结构,测试温度为800℃的GDC-NBO离子电导率较GDC提高了36%。对不同烧结温度的复合电解质GDC-NBO的研究结果表明:随着烧结温度(700℃-1100℃)的升高,复合电解质GDC-NBO表面的GdBO3相含量逐渐增加,GDC相含量减少;离子电导率也随着烧结温度升高而增大,当烧结温度为1000℃电导率达到最大值,随后烧结温度的升高,电导率下降。当烧结温度为1000℃时,GDC-NBO复合电解质形成分布均匀的核壳结构组织,从而使GDC-NBO在800℃测试温度下电导率达到最大值0.022 Scm-1。不同熔盐复合GDC的电解质性能影响的研究结果表明:熔盐LCO与NBO的复合使得混合物的熔点降低,共熔点为600℃左右;复合电解质GDC-NBO-LCO经1000℃烧结后熔盐均表现为无定形相;GDC-NBO-LCO复合电解质在低温下的电导率得到提高,当测试温度为600℃时电导率就可达到0.014 Scm-1,比相同条件下GDC-NBO的电导率提高了519%。通过双熔盐复合获得的复合电解质GDC-NBO-LCO在低的工作温度(600℃)下具有良好的性能。
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