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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效而清洁的发电装置,被认为是21世纪的绿色能源。传统的高温固体氧化物燃料电池由于高的操作温度而导致了材料选择的困难和成本的居高不下,中温化成为SOFC的发展的必然趋势,中温化对SOFC关健材料提出了更高的要求。固体氧化物燃料电池单电池的输出功率较低,为了得到较高的输出功率,需要将多个单电池串联起来组成电池堆,这就需要连接体来连接两个电池的阴极与阳极。连接材料必须具有足够高的电子电导率以减小串联单电池的欧姆降,并在室温到SOFC工作温度,甚至制备温度下与SOFC单电池阴极、阳极等材料化学上相容,并具有相匹配的热膨胀系数,在氧化与还原气氛中,在SOFC工作电位下保持稳定,并具有足够高的致密度,防止燃料与氧化剂通过连接体互窜。目前研究的最为广泛的陶瓷连接材料是掺杂的铬酸镧,但其在中温条件下电导率偏低,严重影响电池堆的功率,另一方面,铬酸镧连接材料的在空气条件下烧结致密化非常困难,与阳极或阴极发生共烧时由于氧化铬的挥发而造成污染。因此,探索、研究高性能、低成本的连接材料,将是中温固体氧化物燃料电池最终实现商业化的关键课题。
本论文围绕中温固体氧化物燃料电池连接材料及其制备研究展开工作。采用柠檬酸盐法制备了具有高活性、烧结性能很好的连接材料粉体,对传统的固体氧化物燃料电池连接材料La<,0.7>Ca<,0.3>Cro<,3>进行了改进,采用了A位离子部分取代并稍过量的方法获得了较高性能的新型连接材料La<,0.7-x>Sm<,x+0.02>Ca<,0.3>Cro<<3>(x≤0.4);往La<,0.7>Ca<,0.3>CrO<,3>中加入少量的电解质材料Ce<,0.8>Nd<,0.2>O<,1.9>(NDC)获得了性能更为优越的新型的复合连接材料。