La_(0.3)Sr_(0.7)Fe_(0.7)Cu_(0.2)Mo_(0.1)O_(3-δ)钙钛矿超细陶瓷粉体制备与催化性能研究

采用溶胶低温燃烧法制备了单一组成的La0.3Sr0.7Fe0.7Cu0.2MO0.lO3-δ（LSFCM）超细钙钛矿陶瓷粉体。用XRD，SEM以及TA等方法对粉体的物相、形貌、粒度以及导电性能等进行了表征。考察了LSFCM陶瓷粉体对甲烷部分氧化（POM）制备合成气的催化活性与稳定性。结果表明：溶胶燃烧粉末经800℃下煅烧4h可得到平均粒径小于35nm的立方钙钛矿结构LSFCM陶瓷粉体，相对密度为96．7％的LSFCM烧结体在空气气氛600℃温度下电导率达到26．27S·cm^1，在950℃、CH4／O2比为1．5～2．0时，甲烷转化率及一氧化碳与氢气选择性均达到90．0％以上；反应43h后虽产生少量积炭，但仍能保持钙钛矿结构，表明LSFCM粉体对甲烷部分氧化制合成气反应具有良好的催化活性和稳定性。

共沉淀法合成La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.9)Fe_(0.1)O_(3-)及其性能表征

以金属硝酸盐、氨水为沉淀剂,采用化学共沉淀法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-"(简称LSCCF,x=0.05,0.10,0.15,0.20)粉料。借助差示扫描量热法-热重分析法(DSC-TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)对600℃,800℃,1000℃热处理4h后LSCCF粉料的形成过程、晶体结构和粒度形貌进行了研究。实验结果表明,LSCCF粉料的形成过程分为4个阶段——脱水阶段、分解阶段、LaCoO3基氧化物形成阶段和LSCCF固溶体形成阶段;适宜热处理制度为800℃下保温4h,且制备出的LSCCF粉料为均一的钙钛矿结构。使用直流四极探针法测定了LSCCF样品在空气气氛下的电导率,发现该体系材料在600～800℃范围的电导率都超过了250S·cm-1,其导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,且能够满足中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极材料的要求。

La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.9)Fe_(0.1)O_(3-δ)的柠檬酸盐法制备和性能

采用柠檬酸盐法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ(LSCCF,x=0.05,0.1,0.15和0.2)粉料。TG-DSC分析表明,凝胶在320℃~558℃分解为相应的氧化物。XRD测试表明:产物前躯体在800℃下热处理3h就可制备出具有畸变钙钛矿结构的LSCCF粉料。电导率测试表明,随着烧结温度的升高和Sr2+含量的增加,样品电导率变大,其导电活化能变小。在600℃~800℃范围内,LSCCF样品的电导率为102S/cm^103S/cm,能够满足中温固体氧化物燃料电池阴极材料的要求。LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质在800℃下烧结10h后没有新相生成,表明LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质具有良好的化学相容性。

微波固相烧结制备La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.9)Fe_(0.1)O_(3-δ)阴极材料及性能表征

以碳酸盐和氧化物为原料,采用微波固相烧结法制备了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ(简称:LSCCF,x=0.05,0.10,0.15和0.20)粉料.用XRD和SEM对LSCCF粉料的晶体结构和颗粒形貌进行了研究.结果表明:微波固相反应在1200℃下烧结0.5 h便可以形成密度为5.366 g/cm3,晶粒尺寸小于500 nm钙钛矿结构的粉料.而常规固相反应法在1300℃下烧结7 h只形成了密度为3.426 g/cm3,晶粒尺寸小于2000 nm钙钛矿结构的粉料.电导率测量结果表明:随着烧结温度的升高和Sr2+含量的增加,LSCCF样品的电导率变大,600℃～800℃范围内微波烧结制备的La0.7Sr0.15Ca0.15Co0.9Fe0.1O3-δ样品的电导率最小值为672 S/cm,且高于常规固相烧结制备的相同组成样品的电导率最小值425 S/cm.LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质的混合物在800℃下烧结10 h后没有新相生成,表明LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质具有良好的化学相容性.

阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)的晶体结构和性能

使用硝酸盐,氢氧化钠和碳酸钠为沉淀剂,共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(x=0.05、0.10、0.15、0.20)的粉料并研究了粉料的各种性能。结果表明,前驱体800℃煅烧3h形成粉料具有六角晶系钙钛矿结构;Ca2+和Sr2+双掺杂取代La3+进入晶格后,随着Ca2+含量x增加,La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)晶胞a轴方向缩短c轴方向拉长,晶胞体积减小;且1200℃烧结3h后所有样品电导率在降低。温度升高到490℃,掺杂样品的电导率出现最大值,温度继续升高晶格氧逸出导致电导率降低。当x=0.10和0.15时,阴极材料电导率在500～650℃范围内基本相等且高于700S/cm,并与Ce0.8Sm0.2O2热性能的表现一致,且两者阴极材料在650℃时,所组装单电池的输出功率明显大于350mW/cm2。

中温固体氧化物燃料阴极La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.9)Fe_(0.1)O_(3-δ)粉体的柠檬酸盐法合成及性能

以金属硝酸盐为原料,柠檬酸盐法合成了用于中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ(LSC-CF,x=0.05、0.10、0.15、0.20)的前驱体,TG-DSC、XRD和SEM研究了LSCCF的形成过程、晶体结构、粉体形貌、催化性能以及与电解质的化学相容性,并在空气气氛下用直流四极探针法测试经1 200℃烧结3 h后LSCCF样品从100℃到800℃的电导率。实验结果表明:800℃处理3 h后的LSCCF前驱体可以形成粒度小于20μm钙钛矿结构的粉体,LSCCF样品的电导率随着Ca2+含量的减少而变大,且在500~800℃内均大于500 S/cm。LSCCF粉料可使碳粉的着火点降低14℃并加剧了碳粉的反应。LSCCF阴极与电解质Ce0.8Sm0.2O2具有好的化学相容性。

La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)电极应用于YSZ基对称SOFC性能研究

采用固相法合成了钙钛矿型氧化物La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)(LSCFN),并采用流延-丝印法制备了以8 mol%Y_2O_3稳定Zr O_2(YSZ)为电解质、Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)(GDC)为隔离层、LSCFN同时为阴极和阳极的对称固体氧化物燃料电池。利用X射线衍射对电极材料进行了物相及化学相容性分析,用扫描电镜表征了对称电池的微观形貌。分别以湿H_2(3%H_2O)和湿CH_4(3%H_2O)为燃料气,空气为氧化气测试了单电池的电化学性能,并在850℃湿CH_4下进行了电池的稳定性测试。结果表明:LSCFN与GDC具有良好的化学相容性。以湿H_2和湿CH_4为燃料气的单电池在850℃时最大功率密度分别为254和105 m W/cm^2。在100 h的CH_4稳定性测试中性能无明显衰减,具有良好的稳定性。

中温SOFC复合阴极材料的制备及性能

在La0.7Sr0.3Co0.95Cu0.05O3-δ中掺入不同比例的Ce0.8Sm0.2O1.9制成中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)复合阴极材料,对其进行晶体结构表征和高温电导率、热膨胀系数和阴极过电位测试。结果表明,Ce0.8Sm0.2O1.9的掺入不但有效地降低了La0.7Sr0.3Co0.95Cu0.05O3-δ阴极材料的热膨胀系数,而且Ce0.8Sm0.2O1.9掺入量为10%(质量分数,下同)的样品,其电导率高于La0.7Sr0.3Co0.95Cu0.05O3-δ,并且它在相同过电位下其阴极电流密度也大于其他样品。以其为阴极的SOFC单电池,在850℃最大短路电流密度达511mA/cm2,最大输出功率密度为106mW/cm2。

碱土金属双掺杂钴铁酸镧的结构和电性能

应用共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池刚极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe01O3-δ(x=0.05,0.10,0.15,0.20)的粉料.采用XRD,SEM和直流四极探针法研究了其晶体结构和电导率随温度变化规律以及其与电解质Ce0.8Sm0.2O2的化学相容性.实验表明:Ca2+和Sr2+双掺杂取代La3+进入晶格后,合成的粉料具有六角晶系钙钛矿结构;随着Ca2+含量x增加,La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ晶胞a轴方向缩短c轴方向拉长,晶胞体积减小:且样品的电导率也在降低.随温度升高到490℃,电导率出现最大值,温度继续升高晶格氧逸出而导致电导率降低.400℃～700℃时,样品的电导率均高于450S/cm.当x=0.10和0.15时,其电导率基本相等且高于760 S/cm.合成的粉料与电解质Ce0.8Sm0.2O2具有良好的化学相容性.