BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ透氧膜材料的性能研究

为了研究BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ（BCFN）透氧膜材料用于焦炉煤气（COG）部分氧化重整制氢的可行性，通过XRD研究了BCFN材料在H2、CO2条件下相成分的变化；通过TG研究材料在不同气氛和温度条件下的重量变化；通过4电极法对BCFN总电导率随温度的变化规律进行了研究；同时研究了BCFN材料作为透氧膜在焦炉煤气部分氧化重整条件下的透氧量。研究结果表明，BCFN比BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ（BSCF）在H2和CO2气氛下具有更好的高温化学稳定性。BCFN材料呈现P型导电的特征，600℃总电导率达到3．6S／cm，600～650℃之间因为晶格中氧的脱附消耗了大量电子孔穴而导致总电导率有所降低，650℃之后电导率随温度升高缓慢增加。1mm厚的BCFN透氧膜材料在870℃，焦炉煤气（COG）吹扫量为44ml／min下的透氧量为5．5ml／（min·cm^2），可满足焦炉煤气（COG）部分氧化重整制氢的需要。

BaCo_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)离子-电子混合导体电导性能研究

用四电极法研究了 BaCo0．7 Fe0．2 Nb0．1 O 3-δ（BCFN）离子-电子混合导体的总电导率随温度的变化规律；通过阻塞电极法测量了 BaCo0．7 Fe0．2 Nb0．1 O 3-δ氧离子电导率随温度的变化规律；通过计算得到了电子电导率随温度的变化规律.研究结果表明,在温度低于550℃以下时,电子电导起了决定作用,随着温度的升高总电导率和电子电导率均呈现出显著增加的趋势,表现为 P 型半导体特征；当温度在550~650℃时,由于晶格氧的脱附,消耗了自由电子,导致电子电导率略有下降,使得总电导率表现出类似的变化规律,通过计算得到在550℃以下 BCFN 混合导体的电子电导的表观活化能为0．30 eV；当温度高于650℃以上时,由于氧空位增加导致氧离子电导率随温度升高迅速增大,使得总电导率又呈现增加的趋势,计算得到氧离子迁移活化能为1．18 eV；O 2-TPD 研究结果证明了在550~650℃时存在明显的晶格氧的脱附峰,晶格氧的脱附显著影响了 BCFN 混合导体电子电导率和总电导率.当温度低于650℃以下时,电子的迁移数接近100％,当温度高于650℃以上时,氧离子的迁移数迅速增大,900℃氧离子迁移数可达到8．97％.

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ba1-xSrxCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ的制备与性能研究

采用固相法合成Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)阴极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和微观形貌进行了表征。XRD测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ样品经1000℃,烧结10 h后形成了立方钙钛矿结构。从样品的电镜照片看出样品具有均匀的孔隙率,电解质(Ce0.85Sm0.15O1.925)-阴极(Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ)之间的界面结合良好。电化学交流阻抗测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ中掺入Sr可以明显地降低阴极的极化电阻,随着Sr含量的增多,阴极的界面极化电阻(RP)先减少后增大,当Sr的含量x为0.2时Rp值最小。以Ce0.85Sm0.15O1.925(SDC)电解质为支撑体,Ni0.9Cu0.1-SDC为阳极,Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ为阴极的单电池的最大功率密度在600℃时达到155 mW/cm2。实验结果表明Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ材料是一种电化学性能较为优良的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。