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新型复合阴极 Sr0.95Ti0.05Co0.95O3-δ-Sm0.2Ce0.8O1.9在中低温固体氧化物燃料电池中的性能
采用柠檬酸自蔓延燃烧法合成了 Sr0.95Ti0.05Co0.95O3?δ(STC)阴极粉体和 Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)电解质粉体,将 STC 与SDC 粉体按质量比7:3混合得到复合阴极。通过 X 射线衍射(XRD)、直流四端子法和热膨胀仪表征了样品的化学相容性、电导率和热膨胀系数。XRD 表明,STC 在900℃能够得到立方纯钙钛矿结构,复合阴极 STC?SDC 在工作温度区间内具有很好的化学相容性;在650℃空气气氛下 STC?SDC 与 SDC 之间的界面极化阻抗仅为0.05?·cm2。制备了阳极支持型(NiO-SDC│SDC│STC?SDC)单电池,在450~650℃范围内以湿润的 H2(3%水蒸汽)为燃料气,空气为氧化剂测试了单电池的性能。结果表明:阳极支撑的单电池共烧1350℃可以得到致密的电解质层和多孔的电极,而且650℃时单电池开路电压0.82 V,最大输出功率为721 mW/cm2。结果预示,在以 SDC 为电解质的中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)中,STC-SDC 是一个很有前途的复合阴极材料。
Abstract:
A cathode powder of Sr0.95Ti0.05Co0.95O3?δ(STC) and an electrolyte powder of Sm0.2Ce0.8O1.9 (SDC) were synthesized by a citric acid-nitrates self-propagating combustion method. The composite-cathode was obtained by mixing the STC and SDC powders in a mass ratio of 7:3. The chemical compatibility, electrical conductivity and thermal expansion coefficient of the composite cathode were characterized by X-ray diffraction(XRD), direct current four-terminal method and thermal dilatometer, respectively. The XRD results show that a pure cubic STC perovskite phase can be obtained at 900 and℃ no second phase is formed in the composite cathode at the operating temperature. The polarization resistance of the electrode is only 0.05 ?·cm2 at 650 ℃. The anode-supported solid oxide fuel cells of NiO-SDC│SDC│STC?SDC were fabricated. The electrochemical performances were examined at 450?650 ℃ with humidified hydrogen (about 3% H2O) as a fuel and air as an oxidant. It is demonstrated that the anode-supported half cells can be sintered at 1 350 with a dense electrolyte layer and porous℃ electrodes, and the single cell with an open circuit voltage of 0.82 V and the maximum power density of 721 mW/cm2 at 650 ℃ can be obtained. These results indicate that STC?SDC is a promising composite cathode candidate for IT-SOFC with SDC electrolyte.
YU Lianghao
WANG Xiaoqing
LU Xiaoyong
GU Qingwen
CHEN Yonghong
作者单位:
安徽理工大学化学工程学院,安徽 淮南 232001; 淮南低温共烧材料省级重点实验室,淮南师范学院化学与化工系,安徽 淮南 232001
淮南低温共烧材料省级重点实验室,淮南师范学院化学与化工系,安徽 淮南 232001
ISTICEIPKU
年,卷(期):
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基金项目:
国家自然科学基金项目(02080);安徽科技项目()资助。
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