论文部分内容阅读
燃料电池是21世纪最有希望的新一代绿色能源动力系统,有希望应用于便携式电子设备、一般家庭电源、动力汽车等各方面,有助于缓解全球能源危机和环境污染等问题。燃料电池是将燃料的化学能直接转变为电能的装置,能量转化率高、环境污染少。固体氧化物燃料电池是其中的一种,其电极材料和电解质材料均为固体,可选材料丰富,适用范围广。本论文以中温固体氧化物燃料电池为背景,选取具有离子-电子混合电导特点的PrBaCo2O5+δ材料为研究对象,以提高该阴极材料综合性能为目的,系统研究了Ni掺杂以及Sr/Ni复合掺杂对阴极材料PrBaCo2O5+δ的结构、电导率、热膨胀系数以及电池性能的影响。采用EDTA-柠檬酸溶胶凝胶法制备了PrBaCo2-xNixO5+δ（x=0、0.1、0.2、0.3）和PrBa0.5Sr0.5Co2-xNixO5+δ（x=0、0.1、0.2、0.3）2个系列阴极材料。XRD测试结果表明,经过1000℃空气煅烧5h后的PrBaCo2-xNixO5+δ系列材料为四方钙钛矿结构,空间群为P4/mmm;而PrBa0.5Sr0.5Co2-xNixO5+δ系列材料为正交钙钛矿结构,空间群为Pmmm。150 MPa下压制的阴极片经过1100℃空气烧结10 h后结构致密,采用直流四电极法测试其电导率,结果显示,经过Ni掺杂和Sr/Ni复合掺杂材料的电导率均比未用Ni掺杂材料的电导率高,当x=0.1时电导率最高,随着Ni含量的继续增加电导率逐渐降低。PrBaCo1.9Ni0.1O5+δ在400℃的电导率为1397 S cm-1,PrBa0.5Sr0.5Co1.9Ni0.1O5+δ在400℃的电导率为1463 S cm-1。热膨胀测试结果表明,阴极材料的热膨胀系数随Ni含量的增加而逐渐降低,这对提高与电解质材料的匹配性有利。采用涂覆法制备了电解质（YSZ）支撑型燃料电池,对称电池和单电池测试结果表明,PrBaCo1.7Ni0.3O5+δ和PrBa0.5Sr0.5Co1.9Ni0.1O5+δ的电化学性能较同一系列的其他材料优异。PrBaCo1.7Ni0.3O5+δ在600、650、700、750和800℃的极化电阻分别为2.628、1.183、0.474、0.161和0.042Ωcm2;单电池的功率密度分别为100、185、360、495和660 mW cm-2。PrBa0.5Sr0.5Co1.9Ni0.1O5+δ在600、650、700、750和800℃的极化电阻分别为8.556、4.822、1.640、0.647和0.297Ωcm2;单电池的功率密度分别为12、40、57、73和120 mW cm-2。