溶胶-凝胶燃烧法制备SOFC阴极材料ppt实用资料
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
溶胶-凝胶法制备粉体时能使各组分在分子水平上均匀混合,合成温度低,产品纯度高,粒径小 在理想的ABO3型钙钛矿复合氧化物结构中，离子半径大的A和0形成面心立方的密堆积点阵，而离子半径小的过渡金属离子B则位于由
的阴极材料 氧围成的八面体间隙中。
对于萤石结构的SmCeO1. 6 on CeGdO at 600 T 800℃, Solid State Ionics, 2006, 177 (9 - 10) : 906 - 913. 随着 SOFC 运行温度的降低,传统高温条件下的阴极材料的界面电阻急剧增加,探索新的阴极材料成为当务之急。
12O22e O2
• 由于LaSrFeO3是电子导体，其对氧离子输运能力 较弱，故其电极性能不高。为解决这一问题，常用 的方法是电子电导较高的材料中再加入一种离子电 导的电解质制成复合电极
• 当阴极粉体尺寸变小,比表面积增大时,有利于提高 三相界面（TPB）密度,提高氧的还原过程,从而降 低阴极界面电阻。溶胶-凝胶法制备粉体时能使各 组分在分子水平上均匀混合,合成温度低,产品纯度 高,粒径小
• LaSrFeO 因其在中低温下具有良好的化学 溶胶-凝胶燃烧法制备复合阴极 LSF-SDC
3 魏亦军 LaRESFeO3(RE=Nd、Ce、Sm)体系双稀土阴极材料的制备与电性能[J].
稳定性和催化活性,是较为理想的 IT-SOFC Synthesis and characterization of nanoparticulate films for intermediate temperature solid oxide fuel cells [J].
制备过程
• 氧化镧（La2O3） 粉体、硝酸铁 （Fe(NO3)39H2O） 、碳酸锶（SrCO3） 、硝 酸铈铵（(NH4)2Ce(NO3)6）、硝酸铈 （Ce(NO3)3 · 6H2O）和氧化钐（Sm2O3）， 均为分析纯;稀硝酸，柠檬酸，氨水
• 合成实验：按化学计量比称取La2O3 、 Fe(NO3)39H2O 、SrCO3 、(NH4)2Ce(NO3)6 以及 Sm2O3,按化学计量比称量后的La2O3 , SrCO3分别用稀硝酸溶解混合, 再将LSF和 SDC的硝酸盐溶液混和，最后将与总金属离 子摩尔数比1:2的柠檬酸加入混合溶液中,加 入适量蒸馏水和乙二醇,滴加氨水调节,60 ℃ 加热蒸发至粘稠状胶体,同时搅拌直至形成 凝胶,将凝胶于烘箱中120℃烘成黑色凝胶干 粉,分别在600 ℃、800 ℃和1000 ℃煅烧4 h
• 随着 SOFC 运行温度的降低,传统高温条件
下的阴极材料的界面电阻急剧增加,探索新
物理化学学的报，阴2005，极21（材12）；料成为当务之急。钙钛矿型的离 子-电子混合导电材料引起广泛关注。 Yasumoto, K.
Fouletier, et al. 9 ，rSm3+=0. 钙钛矿型的离子-电子混合导电材料引起广泛关注。
溶胶-凝胶燃烧法制备复合阴 极 LSF-SDC
目录
课题的意义
• 固体氧化物燃料电池(SOFC)以其高的能量 转换效率，低污染排放和对燃料较强的适 应性（H2、CO），被认为是最有可能在近 期推广应用的新型能源技术．
• 传统SOFC，由于在高温条件下操作(典型操 作温度950～1000℃)，不仅使电池材料的 选择受到了极大的限制，提高了制造成本， 同时还带来电池堆密封困难材料扩散和老 化严重等技术问题，严重阻碍了该项技术 的推广应用．降低操作温度在500～800℃ 范围不但可以使用廉价的铁基不锈钢作为 连接材料，同时也有利于电池堆密封、材 料扩散和老化问题的解决．因此，中温固 体氧化物燃料电池(IT—SOFC)是目前固体 氧化物燃料电池技术发展钛矿结构的LSF以 及萤石结构的SDC，复合 阴极LSF-SDC的图谱并无 其它晶相生成。成相温度 较固相法低200-300℃， 低的成相烧结温度可以优 化电极结构。
• 扫面电镜(SEM)分析
700℃ 烧结后的电极 具有较大的孔隙率， 孔隙结构较为均匀， 电极电解质界面结合 良好，电极厚度大约 在8 m.
electrodes [J].
3
子半径大的A和0形成面心立方的密堆积点阵， Gschwend, et al.
6 on CeGdO at 600 T 800℃, Solid State Ionics, 2006, 177 (9 - 10) : 906 - 913.
而离子半径小的过渡金属离子B则位于由氧围成 Sasaki, J.
ABO3型晶体的掺杂理论分析
• 在理想的ABO 型钙钛矿复合氧化物结构中，离 由于LaSrFeO3是电子导体，其对氧离子输运能力较弱，故其电极性能不高。
The role of 8 mol % yttria stabilized zirconia in the improvement of electrochemical performance of lanthanum manganite composite
对于萤石结构的SmCeO1. 扫面电镜(SEM)分析
的八面体间隙中。A、B离子半径同时要符合 26 cm2，同温度下，较传统固相混合制备的复合阴极的阻抗值小。
• 同时用固相反应法制备LaSrFeO3粉体
• 采用草酸盐共沉淀法制备SmCeO(SDC)粉体
• 将制得的LSF-SDC和LaSrFeO3 阴极粉体制成 粘稠状浆料,用丝网印刷法在SDC片上制成 对称阴极,在1000 ℃焙烧2 h,涂覆银导电 胶
性能测试
• 分别用X射线衍射（XRD）对其进行物 相分析， 扫描电镜（SEM）观察其微 观结构,交流阻抗谱仪（ACEIS）表征 其电性能
• 交流阻抗谱测试与分析
550°C 650°C
600°C 700°C
• cm2，到700℃已降到0.26 cm2，同温 度下，较传统固相混合制备的复合阴极的 阻抗值小。溶胶凝胶法制备的阴极粒子有 较好的孔隙率，这从前文SEM照片以及分 析可以印证。提高阴极内部粒子的孔隙和 连通，有利于提高阴极的氧还原动力学， 从而降低阻抗。
的阴极材料 氧围成的八面体间隙中。
对于萤石结构的SmCeO1. 6 on CeGdO at 600 T 800℃, Solid State Ionics, 2006, 177 (9 - 10) : 906 - 913. 随着 SOFC 运行温度的降低,传统高温条件下的阴极材料的界面电阻急剧增加,探索新的阴极材料成为当务之急。
12O22e O2
• 由于LaSrFeO3是电子导体，其对氧离子输运能力 较弱，故其电极性能不高。为解决这一问题，常用 的方法是电子电导较高的材料中再加入一种离子电 导的电解质制成复合电极
• 当阴极粉体尺寸变小,比表面积增大时,有利于提高 三相界面（TPB）密度,提高氧的还原过程,从而降 低阴极界面电阻。溶胶-凝胶法制备粉体时能使各 组分在分子水平上均匀混合,合成温度低,产品纯度 高,粒径小
• LaSrFeO 因其在中低温下具有良好的化学 溶胶-凝胶燃烧法制备复合阴极 LSF-SDC
3 魏亦军 LaRESFeO3(RE=Nd、Ce、Sm)体系双稀土阴极材料的制备与电性能[J].
稳定性和催化活性,是较为理想的 IT-SOFC Synthesis and characterization of nanoparticulate films for intermediate temperature solid oxide fuel cells [J].
制备过程
• 氧化镧（La2O3） 粉体、硝酸铁 （Fe(NO3)39H2O） 、碳酸锶（SrCO3） 、硝 酸铈铵（(NH4)2Ce(NO3)6）、硝酸铈 （Ce(NO3)3 · 6H2O）和氧化钐（Sm2O3）， 均为分析纯;稀硝酸，柠檬酸，氨水
• 合成实验：按化学计量比称取La2O3 、 Fe(NO3)39H2O 、SrCO3 、(NH4)2Ce(NO3)6 以及 Sm2O3,按化学计量比称量后的La2O3 , SrCO3分别用稀硝酸溶解混合, 再将LSF和 SDC的硝酸盐溶液混和，最后将与总金属离 子摩尔数比1:2的柠檬酸加入混合溶液中,加 入适量蒸馏水和乙二醇,滴加氨水调节,60 ℃ 加热蒸发至粘稠状胶体,同时搅拌直至形成 凝胶,将凝胶于烘箱中120℃烘成黑色凝胶干 粉,分别在600 ℃、800 ℃和1000 ℃煅烧4 h
• 随着 SOFC 运行温度的降低,传统高温条件
下的阴极材料的界面电阻急剧增加,探索新
物理化学学的报，阴2005，极21（材12）；料成为当务之急。钙钛矿型的离 子-电子混合导电材料引起广泛关注。 Yasumoto, K.
Fouletier, et al. 9 ，rSm3+=0. 钙钛矿型的离子-电子混合导电材料引起广泛关注。
溶胶-凝胶燃烧法制备复合阴 极 LSF-SDC
目录
课题的意义
• 固体氧化物燃料电池(SOFC)以其高的能量 转换效率，低污染排放和对燃料较强的适 应性（H2、CO），被认为是最有可能在近 期推广应用的新型能源技术．
• 传统SOFC，由于在高温条件下操作(典型操 作温度950～1000℃)，不仅使电池材料的 选择受到了极大的限制，提高了制造成本， 同时还带来电池堆密封困难材料扩散和老 化严重等技术问题，严重阻碍了该项技术 的推广应用．降低操作温度在500～800℃ 范围不但可以使用廉价的铁基不锈钢作为 连接材料，同时也有利于电池堆密封、材 料扩散和老化问题的解决．因此，中温固 体氧化物燃料电池(IT—SOFC)是目前固体 氧化物燃料电池技术发展钛矿结构的LSF以 及萤石结构的SDC，复合 阴极LSF-SDC的图谱并无 其它晶相生成。成相温度 较固相法低200-300℃， 低的成相烧结温度可以优 化电极结构。
• 扫面电镜(SEM)分析
700℃ 烧结后的电极 具有较大的孔隙率， 孔隙结构较为均匀， 电极电解质界面结合 良好，电极厚度大约 在8 m.
electrodes [J].
3
子半径大的A和0形成面心立方的密堆积点阵， Gschwend, et al.
6 on CeGdO at 600 T 800℃, Solid State Ionics, 2006, 177 (9 - 10) : 906 - 913.
而离子半径小的过渡金属离子B则位于由氧围成 Sasaki, J.
ABO3型晶体的掺杂理论分析
• 在理想的ABO 型钙钛矿复合氧化物结构中，离 由于LaSrFeO3是电子导体，其对氧离子输运能力较弱，故其电极性能不高。
The role of 8 mol % yttria stabilized zirconia in the improvement of electrochemical performance of lanthanum manganite composite
对于萤石结构的SmCeO1. 扫面电镜(SEM)分析
的八面体间隙中。A、B离子半径同时要符合 26 cm2，同温度下，较传统固相混合制备的复合阴极的阻抗值小。
• 同时用固相反应法制备LaSrFeO3粉体
• 采用草酸盐共沉淀法制备SmCeO(SDC)粉体
• 将制得的LSF-SDC和LaSrFeO3 阴极粉体制成 粘稠状浆料,用丝网印刷法在SDC片上制成 对称阴极,在1000 ℃焙烧2 h,涂覆银导电 胶
性能测试
• 分别用X射线衍射（XRD）对其进行物 相分析， 扫描电镜（SEM）观察其微 观结构,交流阻抗谱仪（ACEIS）表征 其电性能
• 交流阻抗谱测试与分析
550°C 650°C
600°C 700°C
• cm2，到700℃已降到0.26 cm2，同温 度下，较传统固相混合制备的复合阴极的 阻抗值小。溶胶凝胶法制备的阴极粒子有 较好的孔隙率，这从前文SEM照片以及分 析可以印证。提高阴极内部粒子的孔隙和 连通，有利于提高阴极的氧还原动力学， 从而降低阻抗。