阴极材料Ln0.5Sr0.5CoO3-δ（Ln=La，Pr，）、(La1-xPrx)2/3Sr1/3CoO3的结构与电输运性能研究

论文摘要

燃料电池是一种在等温条件下直接将燃料的化学能转变成电能的装置。从原理上说，燃料电池不受卡诺循环的限制，用于转化电能的化学能来自燃料和氧化剂气体的反应能，具有能量转化率高和环境友好等传统热机无法比拟的优点。固体氧化物燃料电池是一种全固态燃料电池，具有无泄漏、寿命长等优点，是最理想的燃料电池类型之一。但迄今SOFC自身仍然有许多基础研究问题尚未得到妥善解决。人们越来越意识到降低操作温度（600-800℃）的重要性。但随着工作温度的降低，电解质欧姆电阻和电极极化电阻增大，而阴极的极化电阻增大尤为明显。因而，阴极性能成为人们所关心的问题之一。本文就是以发展中温固体氧化物燃料电池为应用背景，围绕中温阴极材料做了如下一些工作。首先研究了Ln0.5Sr0.5CoO3样品的制备、电学性质。对样品分别进行了XRD、电导率以及霍尔系数测试。研究发现，在YSZ和LaAlO3衬底上制备的Ln0.5Sr0.5CoO3样品经600℃热处理后为多晶薄膜，La0.5Sr0.5CoO3薄膜的电导率大于Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜的电导率，Ln0.5Sr0.5CoO3薄膜的电输运机理符合Emin和Holstein提出的小极化子绝热区域电导理论，Ln0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度和迁移率都是随温度的升高而增大的。对另一种中温阴极材料(La1-xPrx)2／3Sr1／3CoO3的成相过程与电学性能研究进行了研究，分别进行了XRD、TG-DSC、电导率以及XPS测试。结果发现，采用固相反应法合成的(La0.6Pr0.4)2/3Sr1/3CoO3在1250℃下烧结2h后，已成单一钙钛矿结构相。(La1-xPrx)2／3Sr1／3CoO3（x=0．2，0．4，0．6，0．8）体系双稀土氧化物粉体中的电导率在973K附近时出现最大值，其中(La0.8Pr0.2)2／3Sr1／3CoO3的电导率在中温范围内最大。X射线电子能谱证实了镨的价态为正三，在(La1-xPrx)2/3Sr1/3CoO3表面上存在两类氧种，一类为吸附氧，一类氧为晶格氧。随着镨含量的增加，样品的晶胞体积缩小，键合力逐渐增强，氧含量开始降低，Co3+与Co4+电子的结合能下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 固体氧化物燃料电池的介绍
• §1.2 固体氧化物燃料电池的组件和材料
• §1.3 SOFC阴极材料研究进展
• §1.4 课题来源及本文拟研究的内容
• 第2章 阴极材料的制备及实验方法
• 3型钙钛矿阴极材料的结构性能'>§2.1 ABO₃型钙钛矿阴极材料的结构性能
• §2.2 阴极薄膜材料的制备方法
• §2.3 实验测试方法
• 2.3.1 物相结构测试
• 2.3.2 高温电阻率测试
• 2.3.3 XPS测试
• 2.3.4 TG-DSC测试
• 2.3.5 霍尔系数测试
• 0.5Sr_0.5CoO₃薄膜阴极材料电学性能研究'>第3章 SOFC的Ln_0.5Sr_0.5CoO₃薄膜阴极材料电学性能研究
• §3.1 概述
• 1-xSr_xCoO_3-δ阴极材料结构'>§3.2 Ln_1-xSr_xCoO_3-δ阴极材料结构
• §3.3 样品的制备
• 3.3.1 制备靶材
• 3.3.2 制备薄膜
• 3.3.3 薄膜样品的热处理
• §3.4 结果与讨论
• 3.4.1 薄膜的XRD分析
• 3.4.2 薄膜的电导率分析
• 3.4.3 薄膜的载流子浓度和迁移率分析
• 3.4.4 薄膜霍尔效应分析
• §3.5 本章小结
• 1-xPr_x)_2/3Sr_1/3CoO₃的成相过程与电学性能研究'>第4章 (La_1-xPr_x)_2/3Sr_1/3CoO₃的成相过程与电学性能研究
• §4.1 概述
• §4.2 样品的制备
• §4.3 结果与讨论
• 4.3.1 TG-DSC的分析
• 4.3.2 成相分析
• 4.3.3 电学性能分析
• 4.3.4 结构分析
• 4.3.5 XPS分析
• §4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附录1 实验所需仪器
• 附录2 实验所需试剂
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文