Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ基中温燃料电池复合阴极性能研究

燃料电池是一种电化学发电装置,能高效率的将化学能直接转化成电能,并且环境友好、污染小,相对于那些依赖煤燃烧的能源系统来说,燃料电池是很有发展前景的能源。因此,近年来燃料电池的开发得到广泛的关注。 燃料电池的种类很多,其中固体氧化物燃料电池（SOFC）主要以固体氧化物为电解质,具有高效率、无腐蚀、无漏液、电池安装设备简单等优点,这是其他燃料电池所欠缺的。SOFC主要由阴极、阳极、电解质和连接体构成,其中作为重要组成部分的阴极对SOFC的性能有着极大的影响。本论文主要开展了中温SOFC的阴极材料的研究工作,希望通过复合的手段来改善阴极的性能,从而提高固体氧化物燃料电池（SOFC）的输出性能。 新型的阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）,是一种很适合中低温SOFC使用的阴极材料,它的优点是在低温具有很高的氧扩散系数,大大降低了SOFC的运行温度,但这种阴极材料的主要缺点是电子导电率比较低,这在某种程度上限制了它的性能发挥与实际应用,为了克服它的不足,本文提出在BSCF的基础上分别加入高电导率的Sm0.5Sr0.5CoO3-δ（SSC）和Ag制成复合阴极材料,以提高电导率,达到提高阴极性能的目的。 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）-Sm0.5Sr0.5CoO3-δ（SSC）复合阴极性能的研究。采用固相混合法在Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）中复合一定比例的Sm0.5Sr0.5CoO3-δ（SSC）,形成疏松多孔的复合阴极材料（BSCF-xSSC）。对复合阴极材料进行了XRD、高温电阻测试和热膨胀曲线测试;利用阻抗谱和电化学极化曲线测试研究了这些复合材料在500～800℃之间的电化学性能,确定了掺入SSC量对阴极各项性能的影响。测试结果表明,通过这种复合手段,不但提高了阴极的电导率,而且也改善了阴极的电化学性能,其中BSCF-30wt.%SSC复合阴极,在500℃附近,电导率达到176S·cm-1,大约是纯BSCF的7倍;此外,电化学阻抗谱表明,BSCF-SSC的性能明显优于纯BSCF,其中BSCF-30wt.%SSC的性能最佳,在550℃,总极化电阻仅为0.71?·cm2,是BSCF的1/7。这说明BSCF-xSSC复合阴极材料比较适合作中低温SOFC的阴极。 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）-Ag复合阴极性能的研究。采用AgNO3溶液浸渍分解法和固相混合法在Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）中掺入一定量的Ag形成疏松多孔的BSCF-Ag复合阴极材料。对复合阴极材料进行了XRD、高温电阻和电化学性能等测试。电化学性能测试结果表明,采用浸渍AgNO3方法获得的BSCF-Ag复合阴极,在650℃测试,BSCF-Ag的极化电阻仅为0.36Ω·cm2,约为BSCF的27%;采用固相混合法获得的BSCF-20Ag的极化电阻为0.099Ω·cm2,约为纯BSCF的1/5,结果表明BSCF-Ag的性能也优于纯BSCF的性能。