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中温固体氧化物燃料电池电解质的制备及性能分析

2020-12-08阅读(734)

中温固体氧化物燃料电池电解质的制备及性能分析

论文摘要

本文采用EDTA络合溶胶-凝胶法制备了具有钙钛矿结构的La0.8Sr0.2Ga1-yMgyO3-δ电解质。利用阿基米德排水法、TG-DTA、XRD、交流阻抗谱等对La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ的密度、热分解过程、物相转变、电学性能等进行分析,并从这些方面对材料的制备工艺进行了研究。研究结果表明,EDTA的加入量、反应液的pH值、形成凝胶的温度等是影响胶体制备的重要因素;粉体的烧结工艺（成型压力、预烧方式、烧结温度和保温时间等）对材料的各方面性能有显著影响,根据实验结果和分析确定了制备La0.8Sr0.2Ga1-yMgyO3-δ系列电解质的最佳工艺参数。采用交流阻抗谱法研究了La0.8Sr0.2Ga1-yMgyO3-δ的电导性能。研究结果表明,La0.8Sr0.2Ga1-yMgyO3-δ系列所有样品的电导率随着测试温度的升高而呈现增大的趋势。在相同的测试温度下,当Mg掺杂量y=0.1～0.2时,在整个测试温度范围内La0.8Sr0.2Ga1-yMgyO3-δ体系的电导率均很接近。当y>0.2后,500～800℃区间体系的电导率出现较大幅度的递减。在800℃时测得La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ电导率最大,为3.62×10-2S/cm。在La0.8Sr0.2Ga1-yMgyO3-δ体系中,当Mg掺杂量y=0.1～0.4时,在1100℃能形成单一的钙钛矿结构相,说明Mg在LaGaO3中固溶度极限能达到40﹪。为了进一步提高La0.8Sr0.2Ga1-yMgyO3-δ的电导率,用EDTA络合溶胶-凝胶法合成了La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Fe0.05O3-δ,从比表面积、交流阻抗谱、电导率、密度、XRD和FT-IR等方面比较了La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ和La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Fe0.05O3-δ的性能,研究了Fe掺杂对于La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ性能的影响。结果表明相对于La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ,Fe掺杂使材料的离子电导率由3.62×10-2S/cm上升到5.21×10-2S/cm,致密度由95.13℅上升到97.93℅。由此可见Fe的掺杂使La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ的各方面性能均得到一定的提高,La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Fe0.05O3-δ比La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ更适合做中温SOFC电解质材料。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 燃料电池简介
  • 1.2 固体氧化物燃料电池的特点
  • 1.3 固体氧化物燃料电池工作原理
  • 1.4 固体氧化物燃料电池电解质材料
  • 2 电解质'>1.4.1 稳定化的Zr02电解质
  • 2 电解质'>1.4.2 掺杂的Ce02电解质
  • 203 电解质'>1.4.3 稳定化的Bi203电解质
  • 3 基电解质'>1.4.4 LaGa03基电解质
  • 1-xSrxGa1-yMgy03-δ（LSGM）研究中存在的问题'>1.5 La1-xSrxGa1-yMgy03-δ（LSGM）研究中存在的问题
  • 1.6 本课题研究的意义及内容
  • 第二章 LSGM 制备方法及性能表征技术
  • 2.1 EDTA 络合溶胶-凝胶法概述
  • 2.2 低温燃烧理论
  • 2.3 交流阻抗谱分析
  • 2.3.1 阻抗谱分析原理
  • 2.3.2 交流阻抗谱在研究固体电解质LSGM 方面的应用
  • 2.4 BET 比表面积分析
  • 2.5 烧结体密度的测试-阿基米德法
  • 2.6 差热热重分析
  • 2.7 X 射线衍射分析
  • 2.8 红外光谱分析
  • 第三章 制备LSGM 系列粉体的工艺研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 胶体的制备工艺
  • 3.2.1 EDTA 的加入量
  • 3.2.2 溶液的pH 值
  • 3.2.3 形成凝胶的温度
  • 3.3 粉体的烧结工艺
  • 3.3.1 成型压力
  • 3.3.2 预烧方式
  • 3.3.3 烧结温度和保温时间
  • 3.4 本章小节
  • 0.8Sr0.2Ga1-yMgy03-δ性能的影响'>第四章 Mg 掺杂量对La0.8Sr0.2Ga1-yMgy03-δ性能的影响
  • 4.1 BET 分析
  • 4.2 电导性能分析
  • 4.3 XRD 分析
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 制备LSGM8282 与LSGMF5 及其性能比较
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验
  • 5.2.1 实验原料
  • 5.2.2 实验过程
  • 5.2.3 样品表征
  • 5.3 结果和分析
  • 5.3.1 BET 分析
  • 5.3.2 样品的交流阻抗谱
  • 5.3.3 样品的电导率
  • 5.3.4 样品的密度
  • 5.3.5 样品XRD 分析
  • 5.3.6 样品FT-IR 图谱
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间的研究成果及发表的学术论文

    • 相关论文文献

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