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新型钙钛矿La1.4Sr1.6Mn2O7阴极材料的制备和性能研究

2020-12-02阅读(729)

新型钙钛矿La1.4Sr1.6Mn2O7阴极材料的制备和性能研究

论文摘要

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种先进的能量转化装置,具有高效、无污染、环境友好等特点。研究固体氧化物燃料电池的一个重要目标就是降低电池叠堆的运行温度至500—800℃,即开发和研制中温固体氧化物燃料电池（ITSOFC）。不仅可降低电池的制备成本,还可以提高电池的转换效率和开路电压。作为SOFC重要组成部分的阴极材料一直是人们研究的热点,阴极对整个电池的输出特性起着至关重要的作用,其结构、性能及反应机制将影响氧离子输运及电池系统的性能。因此,发展适合于ITSOFC的阴极材料具有极其重要的意义。本论文采用溶胶—凝胶法合成制备了具有层状钙钛矿结构的ITSOFC阴极材料La1.4Sr1.6Mn2-xCoxO7（x=0—0.5）,系统研究了样品体系的晶体结构、热膨胀性能和电输运性能,考察了阴极材料与电解质材料的高温化学相容性和Co2+的Mn位掺杂对晶体结构、电输运性能和热膨胀性能的影响。研究发现,所制样品体系在1300℃高温烧结后具有Sr3Ti2O7型的A3B2O7四方结构,空间群为I4╱mmm,粉体La1.4Sr1.6Mn2O7与常用电解质8 mol%Y2O3稳定的ZrO2（8YSZ）高温混合后未发生明显的反应,它们具有良好的高温化学相容性;Co2+的Mn位掺杂没有明显地改变La1.4Sr1.6Mn2-xCoxO7的热膨胀性能,掺杂样品在200℃—800℃温区内具有相近的线性热膨胀系数,与电解质材料8YSZ的热膨胀系数较为接近,说明La1.4Sr1.6Mn2O7系列样品与电解质材料8YSZ有良好的匹配性;La1.4Sr1.6Mn2-xCoxO7（x=0—0.5）体系在室温-900℃之间,Co2+离子对Mn离子的替代导致了更多的d电子空位产生,载流子浓度增加,使得Co2+离子的Mn位掺杂显著提高了材料的电导率,Ln（σT）与1/T近似呈直线关系,其电输运机制符合半导体小极化子模型。

论文目录

  • 目录
  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 文献综述
  • §1.1 引言
  • §1.2 燃料电池的基本介绍
  • §1.2.1 燃料电池的工作原理
  • §1.2.2 燃料电池的种类
  • §1.2.3 燃料电池的研发现状
  • §1.3 固体氧化物燃料电池（SOFC）
  • §1.3.1 SOFC的工作原理
  • §1.3.2 SOFC的特点
  • §1.3.3 SOFC的研究开发
  • §1.3.3.1 SOFC的结构类型
  • §1.3.3.2 SOFC的国内外研究概况
  • §1.3.3.3 SOFC的中温化
  • §1.3.4 SOFC的关键材料
  • §1.3.4.1 电解质材料
  • §1.3.4.2 阳极材料
  • §1.3.4.3 连接材料
  • §1.3.4.4 阴极材料
  • §1.3.5 SOFC阴极材料的反应步骤及机理
  • §1.3.6 SOFC阴极材料的研究进展
  • §1.3.6.1 钙钛矿型阴极材料
  • §1.3.6.2 贵金属（Ag、Pt、Pb）与阴极复合的金属陶瓷阴极
  • §1.3.6.3 复合阴极材料
  • §1.3.6.4 其它阴极材料
  • §1.3.7 本论文的研究背景、技术路线及特点
  • §1.3.7.1 研究背景
  • §1.3.7.2 技术路线及特点
  • 第二章 实验部分
  • §2.1 实验仪器及设备
  • §2.2 实验原料
  • §2.3 样品制备方法及制备过程
  • §2.3.1 溶胶—凝胶法简介
  • 1.4Sr1.6CoxMn2-xO7的制备过程'>§2.3.2 样品La1.4Sr1.6CoxMn2-xO7的制备过程
  • §2.4 样品的性能表征
  • §2.4.1 X一射线粉末衍射（XRD）分析
  • §2.4.2 电极的显微结构分析（SEM）
  • §2.4.3 电极的高温化学相容性
  • §2.4.4 电输运性能测试
  • §2.4.4.1 测电导原理
  • §2.4.4.2 小极化子导电机理
  • §2.4.5 热膨胀性能测试
  • 1.4Sr1.6Mn2O7的性能研究'>第三章 阴极材料La1.4Sr1.6Mn2O7的性能研究
  • §3.1 引言
  • §3.2 X一射线粉末衍射（XRD）分析
  • §3.3 电极的显微结构分析（SEM）
  • §3.4 电极的高温化学相容性
  • §3.5 电输运性能测试
  • §3.5.1 电导率测量结果
  • §3.5.2 小极化子模型
  • §3.5.3 电导活化能
  • §3.6 热膨胀性能测试
  • §3.7 本章小结
  • 1.4Sr1.6Mn2O7性能的研究'>第四章 Mn位掺杂对La1.4Sr1.6Mn2O7性能的研究
  • §4.1 引言
  • §4.2 X一射线粉末衍射（XRD）分析
  • §4.3 电输运性能测试
  • §4.4 热膨胀性能测试
  • §4.5 本章结论
  • 第五章 结论与展望
  • §5.1 结论
  • §5.2 展望
  • 致谢
  • 主要参考文献
  • 附录

    • 相关论文文献

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