第二章 实验材料与测试方法

第二章实验材料与测试方法

2.1 实验材料

下表所示为本论文实验工作中所用到的化学试剂信息，其中除了个别试剂特别指出，均为分析纯。

表2-1 所用化学试剂

Table.2-1 Description of all the chemical reagents

试剂名称（符号）产地纯度YSZ粉日本Tosoh 99.99%

石墨粉深圳贝特瑞新能源股份有限公司99.9% 聚乙二醇缩丁醛（PVB）天津光大冰峰化工有限公司 A.R 聚乙二醇-600（PEG）上海凌峰化学试剂有限公司 A.R

邻苯二甲酸二正辛酯（DOP）江苏永华精细化学品有限公司 A.R.

三乙醇胺（TEA）上海凌峰化学试剂有限公司 A.R 无水乙醇国药集团化学试剂有限公司 A.R

银导线国药集团化学试剂有限公司99.9% 硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R 尿素(H2NCONH2) 天津市科密欧化学试剂有限公司 A.R 硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O) 天津市科密欧化学试剂有限公司 A.R 硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R (La0.75Sr0.25)0.95MnO3-δ(LSM) 中科院宁波材料技术与工程研究所99.5% Ce0.8Gd0.2O1.9 (GDC) 中科院宁波材料技术与工程研究所99.5% 银浆导电胶DAD-87 上海合成树脂研究所99.99% 甘氨酸(C2H5NO2) 上海伯奥生物科技有限公司 A.R

氧化铝(Al2O3)

硝酸镧(La(NO3)3·6H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R 硝酸锶(Sr(NO3)2·6H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R 硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R

硝酸锰(Mn(NO3)2·4H2O) 广东光华科技股份科技有限公司50% 硝酸铁(Fe(NO3)3·6H2O) 天津市大茂化学试剂厂 A.R 松油醇天津市大茂化学试剂厂 A.R

活性炭天津市科密欧化学试剂有限公司 A.R 2.2 主要实验仪器及规格

2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）

扫描电子显微镜的原理是将一束经过聚焦的电子束投射到所需要观察的样品上，并逐点进行扫描，然后根据二次电子、背散射电子或吸收电子的信号变换成像。扫描电子显微镜主要包括电子光学系统、信号收集和显示系统、真空系统、冷却系统等，具有对样品要求低、放大倍数大、分辨率高等优点。扫描电镜可以观察的样品可以是粉末、颗粒、薄膜、块状物以及切片的生物样品等多种形式。扫描电子显微镜可以直接观察样品的微观表面，获得样品表面的形貌、晶粒大小、特定活性成分的分散状态、孔分布情况等信息。

本实验中所使用荷兰飞利浦公司XL-30EFG型号的SEM对陶瓷固体样品的表面、截面以及粉末样品的形貌进行观察。实验中大部分样品不具备导电性，因此测试前需对放置在导电胶上的样品进行喷金处理。

3. X射线衍射技术

XRD(X-ray diffraction)即X射线衍射，是通过对材料的X射线衍射和衍射图谱的分析，获得材料成分、内部原子或分子结构或形态能信息的研究手段。X射线1896年被发现，目前利用X射线衍射仪可以精确的测定物质的晶体结构、晶粒大小及应力，精确进行物相分析、定性分析以及定量分析等。

本文中采用德国Bruker D8advance 型X射线衍射仪进行来级别所合成的粉

末的进行物相分析。具体的测试条件：Cu 靶Kα辐射，波长0.15418 nm ，光管电压和电流分别为40 KV 和40 mA ，扫描范围10～80o ，速度4o /min, 步长为0.02 o ，用Jade 5.0软件结合PDF 卡片对XRD 图谱进行晶型分析。

根据X 射线衍射理论，在晶粒尺寸小于100 nm 时，随晶粒尺寸的变小衍射峰宽度化变得明显，样品的晶粒尺寸可以通过Debye-Scherrer 公式计算（测定晶粒尺寸适用范围1-300nm ）。

cos hkl hkl K D λβθ

=∙ （） 式中：D hkl 为沿垂直于界面hkl 方向的晶粒直径；

K 为Scherrer 常数，一般取0.89；

λ为入射X 射线波长；

Βhkl 为衍射hkl 的半高宽，单位为弧度；

θ为布拉格衍射角。

3、孔隙率测量

材料按密度可分为两大类：致密材料和多孔材料。多孔材料是指带孔的固体，更确切地说：“多孔材料是固相材料与气相或固相与液相的复合体。”多孔材料中的孔有三类：贯通孔、盲孔（半开孔）和闭孔。其中贯通孔和半开孔均与外界环境相连通，因此统称为开孔。本论文中采用阿基米德排水法测试陶瓷材料的开孔孔隙率。

2123

100()m m q m m -=- 123

m Dv m m =- 式中 q —样品的开孔孔隙率，%；

m 1—样品的干燥质量；

m 2—饱和样品在空气中的质量；

m 3—饱和样品在水中的质量；

Dv —样品的表观密度。

4、气象色谱分析

色谱法是一种目前使用最广泛的和最有效的分离、分析方法。根据流动相是气体还是液体，色谱可分为气象色谱和液相色谱。

本论文中使用GC9800气象色谱仪的TCD 对直接碳固体氧化物燃料电池的尾气进行分析。使用归一化法对电池尾气中的CO 与CO 2的相对含量进行测定。具体方法是配置确定比例CO 与CO 2混合标准气体，通过检测标准气体得到CO 与CO 2气体的相对摩尔校正因子。通过下式对尾气中CO 与CO 2的摩尔分数进行计算：

''100%i i i i i

i

f A r f A =⨯∑ 式中 ri —i 组分的摩尔分数;

'i f —i 组分的相对摩尔校正因子；

i A —i 组分的峰面积。

5.电化学分析

本论文中的电化学测试主要包含：输出线性扫描、电化学阻抗谱测试、开路电压测试、恒压（恒流）放电测试、长期稳定性测试等。论文中的测试均是使用荷兰Ivium 电化学工作站进行。

电化学测试示意图如图2-1所示。把论文中测试的均为管状电池。测试前先用银浆将电池的开口端固定于一根氧化铝刚玉管的一端，其中电池的内侧电极直接与固定使用的银浆接触。然后在外侧电极上用银浆画银格以起电荷收集作用，