可逆燃料电池Sm

1、可逆燃料电池Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9) 氧电极的共合成制备及性能研究可逆固体氧化物燃料电池(RSOFC是一种绿色环保的能量转换装置，它既可 以在固体氧化物燃料电池(SOFC模式下工作，将储备在燃料中的化学能直接转化 为电能；也可以在固体氧化物电解池(SOEC模式下工作，将电能转化为化学能进 行存储。当RSOF在 SOFC SOE(模式下交替运行时，就可以实现氢气的电解生产 和燃料电池发电 ,实现“氢能 -发电”的可持续能源的循环系统 ,在能源危机和环 境污染日益严峻的今天，RSOFC的研究具有重要意义。降低氧电极的极化损失 , 提

2、高氧电极的电化学性能和稳定性成为发展 RSOFC 的重要前提条件。本论文以开发适用于 RSOFC勺高性能氧电极材料为目的，开展 了 SmO.5SrO.5Co O3-SmO.2CeO.8O1.9(SSC-SDC复合氧电极材料的共合成制备、 在其SOFC SOE(及 RSOF模式下的电化学性能及其运行稳定性的研究。采用传统的机械混合法，将高温固相法合成的Sm0.5Sr0.5Co O3(SSC粉体与 溶胶-凝胶法合成的SmO.2CeO.8O1.9(SDC粉体机械混合制备了 SSC-SDCS合电 极,研究了不同复合比例的SSC-SD(电极的电化学性能,并分析了 SDC相的掺入对 复合电极性能的影响机制

3、。通过交流阻抗谱和极化曲线的测试,确定了 SSC与 SDC 的最佳复合比例为7:3(简称SSC-SDC73的复合电极在SOFC及 SOE(两种模式下 的极化电阻和过电位皆是最低的。以最佳优化比例的SSC-SDC7作为SOEC勺氧电极,制备了 Ni-YSZ作为氢电 极支撑的单体SOEC通过高温电解水实验,分析了 SSC-SDC7氧电极在SOEC中的性能。研究结果表明 , 电解池的性能及产氢率随着温度的升高而升高 , 极化电阻的 大小是决定电解池性能高低的主导因素。通过改善粉体材料的合成工艺 , 采用液相共合成法一步制备了高性能的SSC-SDC7复合粉体,所获得的SSC-SD（复合粉体更细、更均匀

4、,考察了共合成法 对粉体形貌和最终制成的阴极的电化学性能的影响并对其影响机理进行了分析。 通过交流阻抗谱和极化曲线的测量 , 共合成法制备的阴极比机械混合法制备的阴 极显示出更优越的电化学性能 , 具有更低的极化电阻和过电位。将共合成法制备的SSC-SDC7阴极应用在Ni-YSZ作为阳极支撑体的单电池 上, 并对单电池的输出性能进行了分析。实验结果表明 , 采用共合成法制备粉体 , 不仅有效改善了 SSC-SD（粉体的初始形貌,而且起到了优化阴极微结构、提高阴 极的电化学性能的作用。以共合成法一步制备的SSC-SDC7粉体作为SOEC勺氧电极,研究了氧电极在 不同电流密度的阳极极化条件下的电化

5、学性能及极化稳定性 , 并分析了阳极极化 电流对氧电极性能的影响机制。 研究结果表明 , 在低电流密度的阳极极化作用下 , 共合成法制备的氧电极比机械混合法制备的氧电极的性能衰退率小 , 显示出较好 的稳定性。高电流密度的阳极极化作用导致氧电极 / 电解质界面处产生微裂缝、氧电极 内形成少量孤立的团聚体 ,导致性能衰退比较明显。将共合成法制备的SSC-SDC7氧电极应用在Ni-YSZ作为氢电极支撑的YSZ薄膜电解池上进行了高 温电解水实验,分析了氧电极在SOEC中的性能。实验结果表明,通过优化微结构,以共合成法制备的SSC-SD（氧电极的SOEC 性能明显高于机械混合法制备的氧电极电解池的输出性能 , 说明了共合成法一步 制备的SSC-SD（有望成为SOECR电极材料的有力候选者。以共合成法一步制备 的SSC-SD（复合电极材料为研究对象,通过反复地改变极化电流方向,首次研究 了氧电极在阴 -阳-阴-阳极交替的电化学极化作用下的电化学性能及稳定性。研究结果表明 , 交替的电化学极化作用衰退了氧电极的性能 , 同时, 由于氧电 极颗粒在阴极极化条件下发生严重的粗化团聚 ,导致其性能衰退比较明显 ;随后 的阳极极化作用则使氧电极在阴极极化作用下所产生的部分团聚体发生分离 , 使 其氧