固体氧化物燃料电池阴极侧电流收集材料的研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rsdt25302530
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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置,由于具有能量转换效率高,无污染等优点而成为近年来的研究热点。SOFC单体的结构主要由电解质,阴极和阳极组成。由于SOFC单电池工作电压只有1V左右,在实际应用中需要将单电池通过连接体串联组装成电池堆以提高其输出电压和输出功率。影响电池堆功率的主要因素有极化阻抗和欧姆阻抗。目前,在阳极侧所采用的是镍毡,阴极侧所采用的是银浆或者铂浆,因为铂浆的成本太高,银浆的扩散比较严重,影响电池的长期稳定性,急需寻找一种性能优越,成本低廉的材料。本论文主要研究了金属和陶瓷复合电流收集材料以及金属银掺杂的锰酸锶镧低温烧结电流收集材料,主要的研究成果如下:   1.将贵金属钯包裹在经高温烧结后有一定电导率的化学稳定的锰酸锶镧颗粒周围,形成一个连接的网络,将锰酸锶镧颗粒连接成为连续的电流通路。LSM-Pd材料的电化学性能是在烧结致密的LSM90进行研究的,研究表明,添加收电层可以有效的减小接触阻抗,当钯的含量超过4wt%的时候,阴极和连接体之间的接触阻抗只有28.7mΩ·cm2。此外,LSM-Pd的热膨胀系数(12.50×10-6K-1)也和阴极材料LSM20(12.40×10-6K-1)相接近,不影响电池的长期稳定性。单电池的测试表明所制备的LSM-Pd电流收集材料是很有应用前景的电流收集材料,其欧姆阻抗和贵金属Pt浆相近;   2.通过溶胶凝胶法成功制备出银掺杂的锰酸锶镧((La0.8Sr0.2)1-xAgxMnO3+δ,x=0,0.05.0.1,0.15,0.20,0.30)电流收集材料,当x<0.2时,为单相的钙钛矿结构的粉体。随着Ag的掺入量的增加,LSAM的烧结起始温度降低;当银的掺入量到15mol%(LSAM15)时,该电流收集材料在800℃就开始进行收缩,在1000℃烧结2h,其电导率达到250S·cm-1。此外LSAM15电流收集材料30-900℃的热膨胀系数为12.9×10-6K-1,和LSM20阴极材料的12.4×10-6K-1相接近,不影响电池的长期稳定性。接触阻抗的测试结果表明LSAM15在750℃时的接触阻抗为12mΩ·cm2,几乎和Pt接触阻抗一样。
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