论文总字数：23469字

摘 要

根据甘氨酸-硝酸盐法，本论文制成了(La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ粉体,同时以SDC材料为电解质基体，通过X衍射与SEM分析了它们的粉体及陶瓷的结构。本论文设计了x=0，x=0.01和x=0.02三种(La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ体系的中温固体氧化物燃料电池阴极材料，并对它们进行了比较，以探讨A位缺位数的增减对(La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ体系阴极材料的性能的影响。

论文主要研究了该材料的晶体结构、陶瓷微观形貌、热膨胀系数、电导率等性能，研究结果表明：在高温条件下，制备的(La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ体系阴极材料粉体为钙钛矿结构，其热膨胀系数随温度升高而增大，随A位缺位数的增多而减小；其电导率随温度的升高先增后减，随A位缺位数的增多而降低。

本论文前言是对中温固体氧化物燃料电池阴极材料的国内外研究现状的分析。后面通过实验获得相关数据，基于数据得出相应的结论。

目前阶段，人们探寻着一种有优良电子电导率，反应温度在中温条件下、具有高电催化活性的阴极材料。本论文通过以上研究，将促进(La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ体系固体氧化物燃料电池阴极材料的发展，为其提供了部分数据，为进一步优化(La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ阴极材料提供依据和指导。

关键词：固体氧化物燃料电池；电导率；燃料电池；阴极材料。

Abstract

According to the glycine nitrate method, the (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ powder was prepared in this paper. Meanwhile, the SDC material was used as the electrolyte matrix, and their powder and ceramic structure were analyzed by X-ray diffraction and SEM. In this paper, three kinds of (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ system cathode materials were designed and compared in order to explore the influence of the increase or decrease of a-vacancy on the performance of (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ system cathode materials.

The results show that the (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ system cathode material powder is perovskite structure, the number of thermal expansion system increases with the increase of temperature, and decreases with the increase of a-vacancy number.

Later, the relevant data are obtained through experiments, and the corresponding conclusions are drawn based on the data.

At present, people are looking for a kind of cathode material with excellent electronic conductivity, reaction temperature at medium temperature and high electrocatalytic activity. Through the above research, this paper will promote the development of (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ system solid oxide fuel cell cathode materials, provide some data for it, and provide basis and guidance for further optimization of (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ cathode materials.

Keywords:Solid oxide fuel cell; conductivity; fuel cell; cathode material.

目 录

第1章 前言 1

第2章 样品的制备与测试 5

2.1 合成技术与制备工艺 5

2.1.1 (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ粉体的合成与陶瓷样品的制备 5

2.1.2 Ce_0.8Sm_0.2O_1.9粉体的合成与陶瓷样品的制备 6

2.2 陶瓷样品性能研究分析所采用的测验方式 7

2.2.1 X射线衍射图谱阐述及相关原理 7

2.2.2 扫描电镜分析 7

2.2.3 碘滴定测试金属离子平均化合价的原理解释 7

2.2.4 陶瓷样品的热膨胀性能测试 8

2.2.5 陶瓷样品的导电性能测试 8

第3章 实验结果分析 10

3.1 (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ(x=0,0.01,0.02)阴极材料结构的表征 10

3.1.1 (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ粉体的XRD图谱分析 10

3.1.2 (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ粉体SEM图像分析 12

3.1.3 (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ(x=0,0.01,0.02)陶瓷XRD图谱分析 13

3.1.4 (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ(x=0,0.01,0.02)陶瓷的SEM图像分析 13

3.2 Ce_0.8Sm_0.2O_1.9电解质材料结构的表征 14

3.2.1 Ce_0.8Sm_0.2O_1.9合成粉体XRD图谱分析 14

3.2.2 Ce_0.8Sm_0.2O_1.9粉体SEM图像分析 15

3.2.3 Ce_0.8Sm_0.2O_1.9陶瓷XRD图谱分析 16

3.2.4 Ce_0.8Sm_0.2O_1.9陶瓷SEM图像分析 17

3.3 (La_0.3Ca_0.7)_1-xFe_0.7Cr_0.3O_3-δ性能的分析 17

3.3.1 热膨胀性能 17

3.3.2 B位离子平均价态和氧含量 18

3.3.3 导电性能 19

第4章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 前言

在现代人民的生活环境里，移动电源系统备受广大群众的青睐，如充电宝、电池等元件。而在电池这个大家庭中，燃料电池独树一帜，它能比火力发电更有效地利用可燃气体内部的化学能，并把这些能量直接转化成我们可以使用的电能^[16]。这类电池的基本结构和普通家用电池的结构差不多，一般是由电解质、阳极（有大量空气或氧气存在的电极）以及阴极（燃料气体所处的电极）三个部分组成。值得注目的是，燃料电池的两极具有极好的催化活性，它们本身并未涵盖活泼的反应物。在燃料电池的工作过程中，空气（或者氧）与燃料气体均来自电池外部的输入，然后才能正常发挥其功效。在另一方面，燃料电池会应用相异的电解质基体，由此将会产生不同类型的燃料电池，根据电解质材料的不同，燃料电池可以分为五种类型^[16-23],其中用得最广、效率最高的当属固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)，这篇文章针对该种燃料电池提出自己的大胆猜测与新的设想，这在后面的论述中会有提及。

燃料电池经历了很多代的改进，而固体氧化物燃料电池属于第三代，它的工作条件通常处在600℃-800℃或者高于800℃（其中后者更为常用，但是过高的温度可能导致对该种燃料电池更严格的要求），它完全使用固体材料组装器件，在兼顾燃料电池高效转化化学能的特点的同时，还能对周围环境相对友好，是目前科学家们的研究热点项目。

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