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Sm0．5SR.0．5COO.3.（SSC）用于SOFC与RDC电解质具有10高的电子传导性3.S / cm在769-1176 K [2]。此外，SSC具有比LA的较低的过电位XSR.1 - xCOO.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。 实验程序电解质材料草酸固体溶液(Ce0．8SM.0．2）2(C2O.4.）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/克，这相当于等效球形颗粒直径为20nm。yabo21416直径和1mm厚度的细胞试验的电解质是通过35％（体积）的SDC以0.25毫克/米的聚丙烯酸铵的含水悬浮液的过滤而形成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。 电极材料亚博网站下载将873 k煅烧的SDC粉末浸入1.4米NI（NO3.）2在Ni的体积比的溶液/ SDC = 30/70和冷冻干燥。将混合的阳极粉末在623K的加热在空气中1个小时。制备了两种类型的阴极材料。亚博网站下载（A）混合的Sm溶液（NO3.）3.，钴（NO3.）2和srcl.2在Sm的作文0．5SR.0．5COO.3.在pH10中被共沉淀并冷冻干燥。将该干燥的SSC粉末在1473K中加热4小时。（b）高纯度Ru粉（纯度> 99.99质量％，1.65微米直径）以1473K被氧化在空气中3小时。此粉末与以1473K在的RuO的体积比煅烧SSC粉末混合2/ SSC = 50/50在阴极产生的相进行鉴定通过X射线衍射（RAD-2B，理学电机公司，日本）。使用扫描电子显微镜（FE-SEM，JSM-6330F，日本电子公司，日本）观察到电极的微观结构。 电池测试SSC的箬2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% H2含H O形2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SM.2O.3.了CoO反应形成SmCoO3.在1073 - 1273 K。SrCl2在空气中以1073 k稳定。一些合唱团改变为co3.O.4.在1273 K. SmCoO3.与钴反应3.O.4.和srcl.2形成sm.0．5SR.0．5COO.3.在1473 K.进一步加热到1573 k个分裂（111），（200），（211）和SSC（220）衍射线分成两个或三个，分别。该结果可能与Sm中的相分离0．5SR.0．5COO.3.用不同组成的固体溶液进入某种固体溶液。另一方面，通过加热50体积％ruo的混合物产生新阶段2- 在空气中为1173 k的50 Vol％SSC。但是，罗..2与SSC反应形成srruo3.和有限公司2罗4.在1273 K。 微观结构SSC阴极的/ SDC电解质/镍SDC阳极池图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哦2燃料。该电池包括670μm厚度的致密SDC，多孔SSC阴极为150-225μm，厚度为100μm的多孔Ni-Sdc阳极。ruo的另一个细胞的微观结构2- 也观察到SSC阴极。此单元格由SD组成C为617 μ m厚度、多孔RuO2- 被SSC Cathod.E为103-130 μ m厚n和多孔的Ni-SDC阳极83-88μ的米的厚度。 
图1．（A）阴极和（B）阳极的SSC / SDC / Ni-SDC细胞的微观结构。 终端VoltagE和功率密度图2示出了具有SDC电解质的Ni-SDC阳极和SSC或二氧化钌的电池的端电压（a）中2-掺杂SSC阴极使用3 vol% H2含H O形2燃料在1073 K的开路电压（E0.用SSC阴极和RUO的细胞为0.82和0.55V2-掺杂SSC阴极。的最大功率密度和相应的电流密度分别为112毫瓦/平方厘米2一种ND255毫安/厘米2对于SSC阴极和170 mW / cm2和560 ma / cm2为罗2-掺杂SSC阴极。添加ruo.2到SSC阴极是有效提高功率密度。电池的开路电压由式(1)[5]给出 
（1）
其中R是气体常数（8.314 j / mol.k），t温度（1073 k），f farady常数（9.649X10.4.C /摩尔),阿宝2(c)氧分压(2.10)X10.4.Pa)和Po2（a）阳极，σ的氧分压一世在1073 K [1]，σ的氧离子传导性（0.118 S / cm）的E.在1073 K和n(= 5.19)和C(= 1.51)时的电子电导率X10.-4S /厘米）是σ实验常数E.（σ.E.= 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.值比计算值低。用ruo的细胞的OCV显着降低2-掺杂SSC阴极的解释如下。如3.1节所述，RuO2与SSC反应形成srruo3.和有限公司2罗4.在1273 K.该反应释放的Sm2O.3.组件。形成了Sm2O.3.可溶解在电解质中取代CeO2(Ce0.8 - xSM.0.2 + xO.1.9 - 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- 使用3 Vol％H掺杂SSC阴极/ SDC电解质/ Ni-SDC阳极电池2含H O形2燃料在1073 K。 欧姆抵抗和过势欧姆电阻和超电势在阴极或阳极由功率密度的测量期间分析交流阻抗谱分离。在1073通过欧姆电阻上的电压降和阴极的超电势（C）和SSC / SDC /镍SDC电池的参比电极（RC）之间K的增加电流密度的增加（图3（a））。图3（b）表示C和RC时的RuO之间的电压降2被添加到阴极。通过添加ruo大大降低了阴极处的电压降2．没有超电势测量和欧姆电阻为主的电压降。这一结果可以通过（1）的电子传导性的阴极处的增加和（2）氧化物离子的扩散在的RuO之间的界面的加速度引起的2和SSC。众所周知，离子的扩散系数是通常比晶格扩散较大的晶界扩散。若何2添加增加了混合导体(SSC)-电子导体(RuO)的三相边界长度2） - O.2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- 在1073 K的SSC / SDC / NI-SDC单元。 
图4.．电压降的因素为若2- 在1073 K的SSC / SDC / NI-SDC单元。 结论Sm中的单相0．5SR.0．5COO.3.（SSC）通过加热SM的冷冻干燥混合物（形成NO3.）3.有限公司(没有3.）2和srcl.2在1473 K。SSC与若发生反应2形成的SrRuO3.和有限公司2罗4.在112 1273点K.功率密度和170毫瓦/平方厘米2测量SSC / SDC / Ni-SDC细胞和Ruo测量1073k2- 使用3 Vol％H掺杂SSC / SDC / Ni-SDC电池2含H O形2燃料,分别。添加ruo.2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- 掺杂的SSC是Ni-SDC阳极和SDC电解质的欧姆抗性。 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.石原，M.本田，T.柴山，H.南，西口H.和Y.泷，“中温固体氧化物燃料电池用一种新拉高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”0．5SR.0．5COO.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和Y.Hirata，“稀土掺杂二氧化铈粉末通过草酸共沉淀法的合成和烧结”，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，增刊，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 |