导　　师： 曹晓国

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种新型的能源转换装置,具有转换效率高,环境污染小,成本低等优点,引起人们的极大关注。随着相关课题的不断研究及探索,SOFC得到了不断的发展,但同时也面临着一些问题,例如传统的固体氧化物燃料电池工作温度过高（800℃-1000℃）,降低了电池的使用寿命。而质子型固体氧化物燃料电池（P-SOFC）的工作温度只需400℃-700℃,因此很好的解决了这一问题。电解质作为电池的核心部件,是研究的热点,目前主要研究的电解质材料包括钙钛矿型氧化物型、层状钙钛矿型、烧绿石结构以及铌酸盐结构这几种类型,其中钙钛矿性氧化物型的电解质有BaCeO3基氧化物和BaZrO3基氧化物等,而BaCeO3基电解质因其具有较好的导电率和烧结性能而备受关注。本文主要研究BaCeO3基共掺杂的电解质材料,通过对BaCeO3钙钛矿结构电解质材料的A位和B位掺杂了Bi,Sr,Sm三种不同的元素,以提高其烧结性能,化学稳定性以及导质子性能。本论文采用柠檬酸燃烧法制备Ba0.6Sr0.4Ce1-x-x Bix O3-δ（BSCB-x,x=0,0.05,0.1,0.15,0.2）,Ba0.6Sr0.4Ce0.9-y.9-y Bi0.1Smy O3-δ（BSCBS-y,y=0,0.05,0.1,0.15,0.2）和Ba1-z-z Srz Ce0.8Bi0.1Sm0.1O3-δ（BSCBS-z,z=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）共掺杂电解质材料,另外采用溶胶凝胶法制备了BSCBS-y共掺杂电解质。通过XRD,SEM,化学稳定性和电导率分析详细研究了BaCeO3基电解质A、B位的掺杂对共掺杂电解质材料的微观结构,化学稳定性和导质子性能的影响。对BSCB-x电解质的研究结果表明,采用柠檬酸燃烧法可制备无杂质峰的Sr、Bi共掺杂的钙钛矿结构电解质材料。通过对BaCeO3的A、B位分别掺杂Sr、Bi可显著提高其烧结性能,随着Bi掺杂量的增加,BSCB-x电解质的晶粒增大,质子导电率随着Bi掺杂量的增加而上升,当x=0.2时,质子电导率最大,达到1.054×10-2S/cm。另外,随着电解质烧结温度的升高,共掺杂电解质BSCB-0.1的质子电导率也随之上升,当烧结温度为1150℃时,质子电导率达到4.94×10-3S/cm。本文还研究了BSCB-x电解质在沸水和纯CO2中的化学稳定性,结果表明:未掺杂的Bi元素的电解质稳定性差,而Sr、Bi共掺杂的电解质物相对稳定。在研究共掺杂电解质BSCB-x的基础上,还研究了在钙钛矿结构电解质BaCeO3的B位同时掺杂Bi和Sm元素,制备电解质BSCBS-y。本次实验分别采用了柠檬酸燃烧法和溶胶凝胶法制备电解质BSCBS-y。结果表明柠檬酸燃烧法和溶胶凝胶法均能制得无杂质峰的电解质BSCBS-y。两种方法制备的材料在沸水和纯CO2中均具有很好的化学稳定性,且均具有很好的烧结性能。采用柠檬酸燃烧法制备材料时,需要在900℃以上才能制得钙钛矿结构的电解质材料,另需在1250℃才能烧结出致密的电解质片,且随着Sm含量的增加,质子电导率逐渐上升,当y=0.2时,电导率最高（700℃下）,达到2.17×10-2S/cm;采用溶胶凝胶法制备材料时,需要在800℃以上才能制得钙钛矿型结构的电解质材料,另需在1150℃烧结可制得结构致密的电解质片,而电导率也随着Sm掺杂量的增多而增大,当y=0.2时,电导率最高（700℃）,达到2.17×10-3S/cm,当烧结电解质片的温度为1350℃时,BSCBS-0.1电解质的电导率达到3.76×10-3S/cm（700℃下）,比在1250℃烧结制得的电解质片的电导率(1.75×10-3S/cm,700℃下)高。对BSCBS-z电解质的研究结果表明,利用柠檬酸燃烧法可制备无杂质峰的Sr、Bi和Sm掺杂的钙钛矿结构电解质材料。通过对BaCeO3的A、B位分别掺杂Sr、Bi和Sm可显著提高其烧结性能,随着Sr含量的增加,电解质BSCBS-z的晶粒增大,而质子电导率则呈现先增加后减少的规律,当y=0.4时,电导率最高（700℃下）,达到3.12×10-3S/cm。本文还研究了BSCBS-z电解质在沸水和纯CO2中的化学稳定性,结果表明:未掺杂Sr元素的电解质在H2O中的稳定性较差,而Sr、Bi和Sm共掺杂的电解质具有很好的化学稳定。更多还原

关 键 词： [6175103]固体氧化物燃料电池 BaCeO3基电解质 [6109090]共掺杂 [260279]电导率 [5479864]化学稳定性

分 类 号： [TM911.4]

领　　域： []