文档介绍：硕士学位论文
基于镓酸镧电解质的中温固体氧化物
燃料电池研究
RESEARCH OF
INTERMEDIATE-TEMPERATURE SOLID OXIDE
FUEL CELL WITH LaGaO3 ELECTROLYTE
李敏霞
哈尔滨工业大学
2012 年 7 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
理学硕士学位论文
基于镓酸镧电解质的中温固体氧化物
燃料电池研究
硕士研究生: 李敏霞
导师: 张耀辉副教授
申请学位: 理学硕士
学科: 凝聚态物理
所在单位: 物理系
答辩日期: 2012 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Master Degree in Science
RESEARCH OF
INTERMEDIATE-TEMPERATURE SOLID OXIDE
FUEL CELL WITH LaGaO3 ELECTROLYTE
Candidate: Minxia Li
Supervisor: Associate Prof. Yaohui Zhang
Academic Degree Applied for: Master of Science
Speciality: Condensed Matter Physics
Affiliation: Department of Physics
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
摘要
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种全固态结构的发电装置,具有能量转
换效率高、成本低、污染小等优点,因此受到越来越多的关注。传统的 SOFC
通常使用 YSZ(Y2O3 稳定 ZrO2)作为固体电解质,为了获得较高的输出性能,
电池需要工作在较高的温度,一般为 800ºC -1000ºC 。然而,电池的高温运行会
带来许多棘手的问题,如电极和密封材料的选择、电池的稳定性等,所以降低
电池的工作温度势在必行,中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)应运而生。
为了提高中温 SOFC 的性能,需要考虑两方面的问题:(1)使用在中温时具有
较高氧离子电导率的电解质,即中温电解质;(2)优化电极结构,使其在中温
时表现出较好的电化学活性。
Sr 和 Mg 掺杂的 LaGaO3(LSGM)电解质在中温时具有较高的离子电导率
(800ºC 时电导率可达 ∙cm-1),而且机械强度高、在较大的氧分压范围内
化学稳定性好、离子迁移数高。但是研究表明,LSGM 电解质与传统的 Ni 基阳
极之间的化学相容性较差,高温时容易反应生成近似绝缘的镍酸镧,降低电池
的输出性能。本文尝试使用浸渍的方法制备基于 LSGM 电解质的中温 SOFC,
避免 LSGM 和 Ni 基阳极的共烧结,并对电池的输出性能、稳定性、交流阻抗
谱和微观结构进行测试分析。
采用固相反应法制备了 -δ电解质材料。对其进行 X 射
线衍射(XRD)测试,结果表明在 1400ºC 时材料呈纯的钙钛矿相;粒度分布测试
表明,固相法合成的 LSGM 经球磨处理后,平均粒径为 ,可以用于薄膜
化的 SOFC 中;LSGM 电解质材料的热膨胀系数为 ×10-6K-1;对材料的烧
结曲线进行测试,得出材料的开始烧结温度为 1050ºC ,且在 1350ºC 收缩速率
达到最大,当温度从 50ºC 升至 1400ºC 时,样品收缩 %;电导率测试结果
表明,800ºC 时 LSGM 的电导率高达 ∙cm-1。
使用固相法合成的 LSGM 作为电解质材料,利用浸渍的方法制备纳米
Ni/YSZ 阳极,阴极选用 −δ(BSCF),制备 SOFC 单电池,
对不同电池的性能进行测试。结果表明,利用面粉挥发所造的孔隙在阳极中分
布不均,