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摘要采用柠檬酸-乙二醇低温燃烧法合成了Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）超细粉体，并使用溶液浸渍法制备出了以SDC为电解质基体的LSCF-SDC纳米复合阴极。在本文中，我们探索了表面活性剂对复合阴极结构及性能的影响。应用XRD和SEM 等手段对SDC基体的LSCF-SDC纳米复合阴极进行结构和表面形貌分析，结果显示浸渍法制备的LSCF-SDC复合阴极具有单一的钙钛矿结构，加入表面活性剂（PVP），复合阴极的阻抗值下降至未加表面活性剂时的70%左右，具有较好的反应活性。当PVP的加入量为1%时浸渍电极的激活能最低为65.74kJ/mol。对复合阴极的热膨胀性能测试结果则显示浸渍工艺对复合阴极的TEC影响不大，这很好地解决了阴极与电解质TEC差距大而会引起的热应力，从而避免了电池在较高温度工作时出现的热膨胀失配导致电池失效的问题。
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关键词：中温固体氧化物燃料电池、SDC、LSCF-SDC复合阴极、表面活性剂
Abstract
Synthesized by using citric acid and ethylene glycol temperature burning Ce0.8 Sm0.2 O1.9(SDC) ultra-fine powder, and use the solution impregnation method for the SDC as electrolyte matrix LSCF - SDC nano composite cathode. In this article, we explore the surface active agent on the properties of composite cathode structure and the influence. By means of the SDC substrate using XRD and SEM LSCF - SDC nanocomposite cathode structure and surface morphology analysis, the results show that the impregnation method for LSCF - SDC composite cathode has a single perovskite structure, adding surfactant (PVP), the impedance of the composite cathode value dropped to no surfactant of 70%, has good reactivity. When the addition amount of 1% PVP impregnated electrode can activate the lowest 65.74 kJ/mol. The thermal expansion properties of the composite cathode test results showed that the impregnation process of composite cathode TEC impact is not big, this is a good solution to the cathode and the electrolyte TEC gap is big, can cause thermal stress, so as to avoid the battery in high temperature work to prevent battery failure of thermal expansion mismatch problems.
Keywords: medium temperature solid oxide fuel cell, SDC, LSCF - SDC composite cathode, surfactant
目录
1 绪论 1
1.1 燃料电池技术及其发展 1
1.2 固体氧化物燃料电池及其工作原理 1
1.3 IT-SOFT对阴极性能的要求 3
1.4 复合阴极的研究现状 4
1.4.1 传统复合阴极 5
1.4.2 纳米结构的复合阴极 5
1.4.3 LSCF-SDC复合阴极的研究进展 7
1.5论文的意义研究内容及目标 8
2.实验部分 8
2.1 主要实验原料 8
2.2 实验仪器 9
2.3 实验方法 10
2.2 单电池电极的制备 11
2.4 性能测试 12
2.4.1 X射线衍射分析 12
2.4.2 扫描电镜SEM形貌观察 13
2.4. 3电化学阻抗谱EIS测试 14
2.4.4热膨胀系数(TEC)的测定 14
3 实验结果 15
3.1 电解质SDC形貌分析 15
3.2复合电极的性能分析 17
3.2.1复合阴极的XRD分析 17
3.2.2复合阴极微观形貌分析 18
3.2.3 LSCF-SDC的阻抗分析 19
3.2.4阴极热膨胀性能分析 21
4 结论 22
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 燃料电池技术及其发展
能源的发展推动了整个世界的进步，是人类赖以生存的最重要的物质基础，新能源的开发与利用极为密切的关系到人们生活中的方方面面。就人类近200年来的发展来看，主要得益于石化能源如煤、天然气、石油等的大力开采与利用。但是，随着石化能源的开采，其不可再生性与使用浪费以使其濒临枯竭，能源危机已迫在眉睫。因此，人类要实现了持续发展，就必须大力开发风能、太阳能、氢能等具有清洁和可再生性的新型能源。同时开发新的能源利用技术来提高能源的利用效率。而燃料电池就是一种能够将各种燃料中的化学能直接转化为电能的高效清洁的能量转换技术[1]。