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固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells,SOFCs)是一种高温运作的全固态能量转换装置,具有能量转换效率高、燃料适应性强和环境友好等优点,因此在能源日益紧张的今天受到了格外的重视。但迄今为止,SOFC仍然有许多基础问题尚未妥善解决。作为固体氧化物燃料电池关键材料之一,阳极材料的性能对整个SOFC的性能有着十分重要的影响。在SOFC所有的阳极材料体系中,LaxSr1-xTiO3(LST)具有良好的离子-电子混合电导率(MIEC)、抗焦化、抗硫中毒等优点。然而,与传统的Ni-YSZ阳极材料相比,LS。催化性能较差。另外,它的颗粒粗大,相对地减小了三相界面处燃料气与阳极颗粒的接触面积,这也许是其催化性能不好的因素之一。考虑到Bi2O3是一种良好的催化剂,且因在800℃左右时具有较高离子电导率曾被用做SOFC的电解质材料,我们预期在LST中引入一定质量的Bi2O3有可能提高其电化学性能。
我们使用固相反应法制备并优化出固体氧化物燃料电池阳极材料-复合陶瓷体系LST-x%Bi2O3(x=0,20,25,30,35),以期提高LST系列阳极材料的电化学性能。
导电性能实验测试表明,样品LST与LST-x%Bi2O3的电导率是温度的函数,其电导率值明显随温度的升高而增大。此外,随着掺入Bi2O3质量百分比的提高,其电导率值也相应大幅度增加,在800℃时,电导率的值均在0.5S/cm-1以上。
具有对称阳极(LST,LST-20%Bi2O3,LST-30%Bi2O3)电解质支撑的单气室电池在800℃、97%H2+3%H2O的气氛中测出的阻抗谱印证了阳极材料LST-x%Bi2O3在800℃、97%H2+3%H2O的气氛中测量的电导率结果。随着Bi2O3掺入量的增加,电池的极化电阻逐渐降低,LST,LST-20%Bi2O3和LST-30%Bi2O3的极化电阻值(Rp)分别为19.6Ωcm2,6.7Ωcm2和4.8Ωcm2。说明随着Bi2O3掺入量的增加,LST的催化性能得到了较大的提高。
LST-x%Bi2O3的SEM显示阳极材料LST的微观结构得到了优化,其颗粒尺寸达到了0.3μm左右。样品具有粒度均匀,细小,分散良好,疏松多孔且孔隙均匀的界面结构,符合燃料电池阳极材料的要求。