介绍固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种清洁高效的电力发电机。带有钇稳定氧化锆(YSZ)电解液的典型SOFC在大约1273 K下操作。固体电解质厚度的减小提高了功率密度。稀土掺杂二氧化铈(RDC)电解质具有比YSZ更高的氧化物离子电导率，可以有效降低SOFC[1]的工作温度。另一方面，电功率密度也受到电极的电化学性能的影响。锶掺杂钴酸钐阴极及其组成Sm０．５老０．５首席运营官3.采用RDC电解液制备的SOFC电导率高达103.S/cm在769-1176 K[2]。此外，SSC的过电位比La低x老1 - x首席运营官3.［3］．在本研究中，SSC和RuO2以sm掺杂的二氧化铈(SDC)为电解质，表征了其为SOFC的阴极。还制备了镍- sdc阳极来评价电解槽。 实验的程序电解质材料草酸固体溶液(Ce0．8Sm０．２）2(C2O4）3.在0.4 M草酸溶液[4]中加入Ce和Sm的混合硝酸溶液(0.2 M)制备。通过加热至873 K，草酸盐共沉淀粉末分解为多晶氧化物固溶体。用氧化铝球在80 rpm转速下研磨24 h后，SDC的比表面积为41.7 m2/g，相当于20 nm直径的当量球形颗粒。欧洲杯猜球平台将体积为35 vol% SDC的水悬浮液与0.25 mg/m的聚丙烯酸铵进行过滤，形成直径为16 mm、厚度为1 mm的电解槽电解液2-SDC粉在pH值为8的情况下通过石膏模。然后在196 MPa的压力下对圆盘进行等静压。在1773 K的温度下在空气中烧结4h。 电极材料欧洲杯足球竞彩将在873 K下煅烧的SDC粉末浸入1.4 M Ni (NO3.）2在Ni / SDC = 30 / 70的体积比下，冷冻干燥。混合阳极粉在623 K空气中加热1 h。制备了两种正极材料。欧洲杯足球竞彩(A) Sm (NO3.）3.有限公司(没有3.）2和SrCl2在Sm的作文０．５老０．５首席运营官3.在pH 10下共沉淀并冷冻干燥。将干燥的SSC粉末在1473 K的空气中加热4小时。(B)高纯度Ru粉(纯度> 99.99质量%，在1473 K下，在空气中氧化3 h。将该粉末与1473 K焙烧的SSC粉末按体积比RuO混合2/ SSC = 50 / 50。用x射线衍射(RAD-2B, Rigaku Co.， Japan)鉴定了阴极中产生的相。使用扫描电子显微镜(FE-SEM, JSM-6330F, Nihon Denshi Co.， Japan)观察电极的微观结构。 单元测试SSC, RuO2以15 vol%固体分散在90 vol%乙醇- 10 vol%乙二醇的混合溶液中。制备的悬浮液以直径为15 mm、厚度为600 ~ 700 μ m的SDC电解质(理论密度为> 98%)表面为直径为5 mm螺纹的筛网(粒径为250 μ m)。印刷阳极材料在1573 K的空气中加热4小时。同样，印刷正极材料在1273 K的空气中加热1小时。在1173-1273 K条件下，用铂糊将铂丝参考电极固定在两个SDC表面。用铂糊将铂网粘在每个电极上。SDC电解液连同阴极和阳极用玻璃o形环固定在氧化铝支架上。玻璃o形环加热到1173 K以密封电解液，冷却到1073 K以测量电池性能(As-510, NF Kairosekkei Block Co.， Japan)。空气和3卷% H2O-containing H2分别以100 ml/min的速度向阴极和阳极注入燃料。在1073 K下测量了10 mA电流下0.01 Hz ~ 100 kHz频率范围内电池的直流电压关系和交流阻抗。 结果与讨论阶段的阴极Sm2O3.与CoO反应形成SmCoO3.在1073 - 1273 K。SrCl2在1073 K的空气中稳定。一些首席运营官跳槽到公司3.O4在1273 K。SmCoO3.与公司发生反应3.O4和SrCl2形成Sm０．５老０．５首席运营官3.在1473 K。进一步加热到1573 K，将SSC的(111)、(200)、(211)和(220)衍射线分别分裂成两或三条。这一结果可能与Sm的相分离有关０．５老０．５首席运营官3.将固溶体分解成不同组成的固溶体。另一方面，加热50 vol% RuO的混合物没有产生新的相2- 50vol % SSC在1173 K的空气中4小时。然而,RuO2与SSC反应生成SrRuO3.和有限公司2RuO4在1273 K。 微观结构制备了SSC阴极/ SDC电解液/ Ni-SDC阳极电池图1显示了SSC阴极/ SDC电解液/ Ni-SDC阳极电池在1073 K、3 vol% H下操作后的横截面2地2燃料。电池由670 μ m厚的致密SDC、150 ~ 225 μ m厚的多孔SSC阴极和100 μ m厚的多孔Ni-SDC阳极组成。另一个细胞的微结构与若2掺杂的SSC阴极也被观察到。这个细胞由SD组成C为617 μ m厚度、多孔RuO2再版SSC阴极E为103-130 μ m厚洛克83-88 μ Ni-SDC多孔阳极米厚度。 
图1．SSC / SDC / Ni-SDC电池(a)阴极和(b)阳极的微观结构。 终端Voltage和功率密度图2显示了SDC电解液，Ni-SDC阳极和SSC或RuO电池的终端电压(a)2-掺杂SSC阴极使用3 vol% H2O-containing H2燃料在1073 K。开路电压(E0)分别为0.82和0.55 V2-掺杂SSC阴极。最大功率密度和相应的电流密度为112 mW/cm2一个nd 255 mA /厘米2为SSC阴极和170 mW/cm2和560毫安/厘米2为RuO2-掺杂SSC阴极。添加RuO2为SSC阴极有效提高功率密度。电池的开路电压由式(1)[5]给出 
（1）
其中R为气体常数(8.314 J/mol.K)， T为温度(1073 K)， F为法拉第常数(9.649x104C /摩尔),阿宝2(c)氧分压(2.10)x104Pa)和Po2(a)阳极氧分压，σ我氧化离子电导率(0.118 S/cm)在1073 K [1]， σe在1073 K和n(= 5.19)和C(= 1.51)时的电子电导率x10－4S/cm)为σ的实验常数e(σe= CPo21 / n)[6]。Po2(a)氧化钇稳定氧化锆氧气体传感器测量值为4.0x10-17年- 9.4x10-17年Pa和E0以SSC为阴极，以RuO为阴极时，分别为0.970和0.977 V2-掺杂SSC阴极。测量E0值低于计算值。含RuO细胞的OCV显著降低2-掺杂SSC阴极的解释如下。如3.1节所述，RuO2与SSC反应生成SrRuO3.和有限公司2RuO4在1273 K。这个反应释放Sm2O3.组件。形成了Sm2O3.可溶解在电解质中取代CeO2(Ce0.8 - xSm0.2 + xO1.9 - x / 2)．随着电解质中Sm含量的增加，氧化离子电导率[7]降低，导致式(1)中OCV的降低。 
图2．SSC或RuO的终端电压(a)和电力密度(b)作为电流密度的函数2-掺杂SSC阴极/ SDC电解液/ Ni-SDC阳极电池使用3 vol% H2O-containing H2燃料在1073 K。 欧姆电阻和超电势在功率密度测量过程中，通过分析交流阻抗谱，分离了阴极或阳极的欧姆电阻和过电位。在1073 K时，SSC/ SDC/ Ni-SDC电池的阴极(C)和参比电极(RC)之间的欧姆电阻和过电位的电压降随着电流密度的增加而增加(图3(a))。图3(b)显示了当RuO时C与RC之间的压降2加到阴极上。加入RuO后，阴极电压降大大降低2．没有测量过电位，欧姆电阻占电压降的主导。这一结果可能是由于(1)阴极电导率的提高和(2)氧化离子在介面扩散的加速所致2和SSC。众所周知,离子的扩散系数为晶界扩散通常比晶格扩散大。RuO的2添加增加了混合导体(SSC)-电子导体(RuO)的三相边界长度2) - O2气体在阴极。吸附在三相边界上的氧分子很容易与RuO提供的电子发生反应2形成的氧化离子沿晶界扩散2．图4显示了RuO的电压降2-掺杂SSC/ SDC/ Ni-SDC电池在1087 K。电压下降的因素依次为:阳极>的欧姆电阻，SDC电解质>的欧姆电阻，阴极>的欧姆电阻，阳极>的阴极过电位。 
图3．(a) SSC / SDC / Ni-SDC电池和(b) RuO电池的阴极(C)和参比电极(RC)之间的端电压降2-掺杂SSC / SDC / Ni-SDC电池在1073 K。 
图4．电压降的因素为若2-掺杂SSC / SDC / Ni-SDC电池在1073 K。 结论Sm的一个单相０．５老０．５首席运营官3.(SSC)是通过加热冷冻干燥的Sm(NO3.）3.有限公司(没有3.）2和SrCl2在1473 K。SSC与若发生反应2形成SrRuO3.和有限公司2RuO4在1273 K。功率密度分别为112和170 mW/cm2在1073 K时测量了SSC/ SDC/ Ni-SDC电池和RuO2-掺杂SSC/ SDC/ Ni-SDC电池使用3 vol% H2O-containing H2燃料,分别。添加RuO2降低了阴极的欧姆电阻和过电位，提高了功率密度。主要因素是降低电池的终端电压用若2为Ni-SDC阳极和SDC电解液的欧姆电阻。 参考文献1.S. Sameshima, H. Ono, K. Higashi, K. Sonoda, Y. Hirata, Y. Ikuma，稀土掺杂二氧化铈中氧离子的电导率和扩散, j .陶瓷。Soc。日本。， 108(2000) 1060-1066。 2.T. Ishihara, M. Honda, T. Shibayama, H. Minami, H. Nishiguchi和Y. Takita，“使用新LaGaO的中温固体氧化物燃料电池”3.《基于氧化物离子导体》，《电化学学报》。Soc。， 145(1998) 3177-3183。 3.M. Koyama, C. Wen, T. Masuyama, J. Otomo, H. Fukunaga, K. Yamada, K. Eguchi, H. Takahashi，“多孔Sm的机理”０．５老０．５首席运营官3.固体氧化物燃料电池的阴极"，J.电化学。Soc。， 148 (2001) a795-a801。 4.K. Higashi, K. Sonoda, H. Ono, S. Sameshima, Y. Hirata，《草酸盐共沉淀法合成稀土掺杂氧化铈粉体及其烧结研究》，j .板牙。研究，14(1999)957-967。 5.“固体氧化物燃料电池的电化学性能研究”，硅酸盐学报。Soc。日本。， 113(2005) 597-604。 6.T. Shimonosono, Y. Hirata, Y. Ehira, S. Sameshima和T. Horita，用Hebb-Wagner法测量Gd和sm掺杂氧化铈陶瓷的电导率, j .陶瓷。Soc。日本。, 5。， 112 (2004) s616-621。 7.“氧化铈-钐体系的氧离子电导率研究”，中国科学技术大学学报(自然科学版)。Electrochem。， 18(1988) 527-531。 联系德尾巴 |