【摘 要】
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固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一种高效、无污染,直接将化学能转化为电能的发电装置,氧化钆掺杂氧化铈（GDC）阻隔层以及阴极材料是影响电池性能的关键材料。本文研究了GDC纳米粉体的量产与GDC阻隔层致密化工艺改进。针对目前钙钛矿阴极材料的Sr元素偏析、Co元素价格较贵现象,测试一种不含Sr、Co元素的Ba0.5La0.125Zn0.375NiO3钙钛矿阴极材料。为简化电池制备工艺,避免GDC阻隔
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51502316,51702333）； 中国科学院青年创新协会优秀项目（No.2011217）； 宁波大学王宽诚幸福基金；
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固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一种高效、无污染,直接将化学能转化为电能的发电装置,氧化钆掺杂氧化铈（GDC）阻隔层以及阴极材料是影响电池性能的关键材料。本文研究了GDC纳米粉体的量产与GDC阻隔层致密化工艺改进。针对目前钙钛矿阴极材料的Sr元素偏析、Co元素价格较贵现象,测试一种不含Sr、Co元素的Ba0.5La0.125Zn0.375NiO3钙钛矿阴极材料。为简化电池制备工艺,避免GDC阻隔层的高温烧结,研究了无需GDC阻隔层的Cu1.4Mn1.6O4尖晶石、SmMn2O5莫来石阴极材料,其研究结果如下。采用经济、低污染的固液复合法,研究GDC(Ce0.9Gd0.1O1.95)纳米粉体批量化的制备工艺。在制备前驱体过程中,用葡萄糖酸（GA）替代传统的柠檬酸（CA）作为络合剂,800℃煅烧条件下获得无杂相的纳米粉体。粉体通过X射线衍射仪（XRD）、热重/热差分析仪（TG/DTA）、扫描电子显微镜（SEM）等仪器分析表征,添加不同类型聚乙二醇（PEG）表面活性剂进一步提高粉体的微观形貌。1450℃烧结的致密GDC样片在650℃电导率为0.021S/cm。为研究影响GDC阻隔层致密化的因素,1300℃下,分别试验GDC阻隔层在平板支撑体上不对称烧结、平管支撑体上不对称烧结、平管支撑体上对称烧结,结果显示,支撑体结构、GDC阻隔层的对称性对GDC阻隔层的致密化均有影响。在不同条件下获得的GDC阻隔层致密度由大到小的顺序为平管对称烧结、平管不对称烧结、平板不对称烧结。通过受限烧结理论模型计算并解释GDC阻隔层致密性不同的原因。研究一种不含Sr、Co元素的Ba0.5La0.125Zn0.375NiO3钙钛矿阴极,粉体通过固液复合法合成,并与一定GDC纳米粉体混合配制成复合阴极浆料,测试了阴极的电化学性能。Ba0.5La0.125Zn0.375NiO3-GDC复合阴极在700℃极化面电阻（Rp）为0.33Ωcm2,采用此种复合阴极制备的对称双阴极平管电池在750℃、0.6V运行的功率密度为125m W/cm2,单电池的总功率达到6.88W。为避免GDC阻隔层高温烧结,研究两种无需GDC阻隔层的阴极材料Cu1.4Mn1.6O4尖晶石、SmMn2O5莫来石,并配制成Cu1.4Mn1.6O4-GDC、SmMn2O5-GDC复合阴极浆料测试电池性能。质量比为3:7的Cu1.4Mn1.6O4-GDC（3:7）复合阴极1000℃烧结后,制备的对称电池在700℃的极化面电阻Rp=2.6Ωcm2,质量比为4:6的SmMn2O5-GDC（4:6）复合阴极1050℃烧结后,制备的对称电池在700℃的极化面电阻RP=0.48Ωcm2。三种阴极材料有望应用在固体氧化物燃料电池中。
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