基于In，Gd共掺杂的BaCeO3电解质单电池的组装与表征(2)

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第一章绪论.1

1.1 引言 1

1.2 质子导体燃料电池（SOFCs）的简述..3

1.2.1质子导体燃料电池的结构与工作原理. 3

1.2.2质子导体的传导机制.. 5

1.2.3构成固体氧化物燃料电池的材料 7

1.2.4质子导体燃料电池发展现状与其发展趋势.. 7

1.3 研究目的与意义.. 8

第二章实验设备及测试方法 10

2.1 实验设备 10

2.3 BCIGO721 单电池制备方法. 11

2.4 实验测试方法. 11

2.4.1 X射线衍射测试（XRD）.11

2.4.2 扫描电镜测试（SEM）.12

2.4.3 交流阻抗谱测试(EIS). 12

2.4.4 功率密度测试（pol）.13

2.4.5 金相测试. 13

第三章质子导体燃料单电池的制备及表征14

3.1 粉体的制备及表征.. 14

3.1.1电解质BCIGO721 粉体的制备及表征.14

3.1.2阳极的制备. 15

3.1.3阴极骨架的制备.. 16

3.1.4阴极材料的制备.. 16

3.2 BCIGO721 单电池的制备..17

3.3 单电池的性能测试.. 18

3.4 单电池物相分析 19

3.4.1 XRD的表征和分析19

3.4.2 SEM（扫描电镜）表征和分析..19

3.4.3 金相测试表征和分析.. 20

结论. 22

致谢. 23

参考文献..24
第一章绪论1.1 引言在经济的发展过程中，能源问题和环境问题是人类面临的两大问题。在人类发展的过程中需要不断以消耗能源和破坏环境作为代价，但是在开采能源的同时，又会对环境产生破坏。人们在使用化石燃料（煤炭、石油、天然气）作为能源有很长的历史，但是这种化石能源的利用率很低，并且在使用过程中会对环境产生较大的污染（比如氮氧化物、含硫化合物、一氧化碳）。因此，面对着不容忽视的化石能源枯竭问题和环境问题，人们需要开发出一种即具备高能源利用率，污染又少的新型能源。继传统发电（火电、水电、风电）之后，燃料电池开始走入人们的视野，引起了人们的重视。与传统的发电技术相比，燃料电池被称为绿色能源，不仅仅是因为其几乎零污染，还因为它燃料电池具有极高的能源利用率。被称为绿色能源的燃料电池的能量转化率高达85%，而且几乎零污染[1]。燃料电池是一种不受卡诺循环限制，能够持续地将化学能源转化为电能的电化学装置，并且燃料电池只需要外界持续提供燃料与氧化剂，就可以持续发电。在1839 年，由 William Grove 爵士提出燃料电池的概念，到 20 世纪 50 年代时，Bacon 对此进行了研究，奠定了燃料电池的基础，随后燃料电池有的极大的发展。接着燃料电池被应用在美国的载人航天计划中，这一消息一经传出让燃料电池马上成为新能源领域的热点。
由于燃料电池电解质类型的不同，燃料电池可分类为 [2]：（1）固体氧化物燃料电池（SOFC）；(2) 质子交换膜燃料电池（PEMFC）；(3)熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）；（4）磷酸盐燃料电池(PAFC)；（5）碱性燃料电池（AFC）。在这五大类燃料电池中，固体氧化物燃料电池（SOFC）因其具有诸多其他类燃料电池所不具备的优点（燃料适应性、反应速率快、不需要贵重金属催化剂），逐渐成为燃料电池领域的研究热点，成为重点研究对象。在各种燃料电池中，陶瓷燃料电池具有以下几个优点：燃料适应性（包括直接使用烃类燃料的潜质）、反应速率快和不需要贵重金属催化剂[3,4,5]，但其工作温度较高(对于YSZ 材料而言，源`自'751|.论"文-网[www.751com.cn温度为 700~1000℃，YSZ 基固体氧化物燃料电池制作成本高且材料相容较难)[6,7]。第二代固体氧化物燃料电池[7,8]基于氧离子导电电解质[如钐掺杂氧化铈（SDC）](如图 1A）。掺杂了稀土元素如钌和铕的第三代固体氧化物燃料电池具有纳米结构，该电池具有超核壳纳米电极结构，并且在 450～600℃表现出优越的性能[9,10]，但是在降温过程中，电池的性能迅速下降，这是由于氧离子传导引起的高活化能（Ea）（如图图 1-1 PCFC 与 SOFC 的比较：（A）第一代（基于 YSZ）SOFC、第二代[SDC、GDC（钆掺杂氧化铈）]、LSGM（基于镁、锌掺杂镓酸镧）SOFC 中，第一代 PCFC 与本文中报道的采用反应烧结法制备的 PCFC 三重导电氧化物阴极比较。基于反应烧结法制备的 PCFC 在中低温（350～600℃）条件下表现出有阅读性能。（B）最近报道的具有纳米结构的第三代 SOFC（一般含有 Ru 和 Eu）。具有超薄多层电解质或高度纳米结构电极尺寸为 10mm，假设其性能与报道的相一致。性能预测表明，这种 PCFC在低温（250～550℃）下表现出优越的性能，其他 PCFC 很难与其相媲美。此外，相对于 SOFC 电解质，PCFC 电解质的低活化能在低温下更具备吸引力。（C）SOFC 和 PCFC 的操作示意图。与 SOFC相比，特别是在碳氢燃料中运行时，PCFC 具有许多优点，比如高甲烷转化率。这是由于质子（氢）直接在阳极转移和高碳阻焦导致歧化反应条件不足。与氧离子传导相比，质子在氧化物中的传导具有更低的活化能，因此，在低温工作环境中，质子陶瓷燃料电池具有高性能的潜质[11,12,13,14,15]。与固体氧化物燃料电池相比，特别是在烃类燃料中，质子导体燃料电池具有一些潜在的优点。