固体氧化物电解池氢电极材料Sr2FeMoO6-δ的制备与性能研究
本论文根据A位元素及B位元素对具有双钙钛矿结构的氢电极材料性能的作用，结合容忍因子公式，设计并制备了用于固体氧化物电解池(SOEC)的氢电极材料Sr2FeMoO6-δ(SFM)。将SFM粉体干压成型并经过烧结制备了SOEC的氢电极并组装成电解池LSM‖LSGM‖SFM，测量电解池的极化阻抗和功率密度，以优化造孔剂含量，进而调控氢电极的微观结构，提高电解池的电性能。证明所制备的SFM是一种良好的固体氧化物电解池氢电极材料。利用XRD、SEM、Sloartron电化学工作站等先进的分析、表征与测试设备对所合成的材料及电解池进行组分分析、表征和电性能测试，并对氢电极结构对于提高电解池电性能的机理进行了初探。 利用溶胶凝胶柠檬酸燃烧法制备SFM粉体。研究了前躯体溶胶的pH、煅烧气氛和煅烧温度对合成SFM粉体物相结构的影响，由此获得较优的粉体制备条件，配制并调节溶胶的pH为2-4，经120℃干燥并在600℃下预烧4h后，在5vol％ H2/Ar气氛中，900～1100℃煅烧8h，合成了具有纯相的双钙钛矿型SFM粉体。 将SFM粉体与淀粉（造孔剂）按一定比例混合后经过干压成型和烧结得到多孔的SOEC氢电极。当淀粉添加量从0增加到30wt％时，氢电极的孔隙率由12％提高至52％;孔隙率的变化对氢电极SFM的热膨胀系数的影响不大，可以与电解质LSGM匹配;氢电极的孔隙率增加后氢电极的电导率有微弱的降低。 以淀粉含量为0、20wt％和30wt％的SFM为氢电极材料，La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)为电解质材料，La0.8Sr0.2MnO3-δ(LSM)为氧电极材料，采用丝网印刷技术分别制备了电解质支撑结构的LSM‖LSGM‖SFM电解池cell1、cell2和cell3，研究了电解池的电化学性能。实验结果表明:cell3的氢电极由于淀粉含量较高，机械强度不高，在制备过程中易碎。随着温度从700℃升高到850℃，cell1和cell2的极化阻抗均呈现下降趋势，功率密度呈上升趋势，cell1的极化阻抗由8.11Ω/cm2降低至1.2Ω/cm2，功率密度由0.024W/cm2提高至0.063 W/cm2。cell2在850℃的极化阻抗为1.14Ω/cm2，功率密度为0.077W/cm2，与cell1相比较，在850℃时极化阻抗降低了0.06Ω/cm2，功率密度增加了0.014W/cm2。无论在极化阻抗还是功率密度方面，cell2都比cell1有所提升，这说明改善氢电极的孔结构的确可以有效改善SFM‖LSGM‖SFM电解池的电性能。
固体氧化物电解池;氢电极材料;Sr2FeMoO6-δ;双钙钛矿;干压成型;电性能测试
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
刘晓林
2015
中文
TM911.43;TM910.3
67
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）