论文总字数：29548字

摘 要

钙钛矿型化合物GBCO（GdBaCo₂O_{5 δ}）是目前来说比较理想的中温固体氧化物燃料电池的阴极材料。本文拟用甘氨酸-硝酸盐法制备GdBaCo₂O_{5 δ}阴极粉料，以及SDC电解质材料。通过化学浸渍法，使用GBCO溶液来浸渍SDC骨架，研究不同甘氨酸加入量的情况下GBCO溶液浸渍GBCO-SDC复合阴极的性能影响情况。并用交流阻抗谱法和X射线衍射分析分别测试极化电阻和XRD。实验发现：

1. 在甘氨酸比例为3.0时，复合阴极的极化电阻最小；不同甘氨酸加入比例的GBCO-SDC浸渍阴极中，GBCO-3.0浸渍阴极的极化电阻最小，仅为GBCO-2.5、GBCO-3.5浸渍阴极的52.6%和71.4%；
2. 极化电阻随着温度的上升呈下降趋势；
3. XRD表征发现GBCO与SDC之间无化学反应相容性好；
4. 化学浸渍法可以很好的提升复合阴极的性能。

关键词：GdBaCo₂O_{5 δ} 电化学性能 甘氨酸-硝酸盐法 阴极材料

Effect of Glycine Addition on the Performance of GBCO-SDC Composite Cathode

Abstract

The perovskite compound GBCO (GdBaCo₂O_{5 δ}) is the cathode material of the currently ideal intermediate temperature solid oxide fuel cell. In this paper, GdBaCo₂O_{5 δ} cathode powder and SDC electrolyte material were prepared by Glycine-nitrate method. The SDC framework was impregnated by chemical impregnation method using GBCO solution to study the effect of GBCO-SDC composite cathode impregnation with GBCO solution under different glycine dosages. The polarization resistance and XRD were tested by AC impedance spectroscopy and X-ray diffraction analysis, respectively. It was found:

(1) In the GBCO-SDC impregnated cathode with different glycine addition ratio, the polarization resistance of GBCO-3.0 impregnated cathode is the smallest, only 52.6% and 71.4% of GBCO-2.5 and GBCO-3.5 impregnated cathode;

(2) The polarization resistance decreases with increasing temperature;

(3) XRD characterization found that there is no chemical reaction compatibility between GBCO and SDC;

(4) The chemical impregnation method can improve the performance of the composite cathode.

Key words: GdBaCo₂O_{5 δ}；Electrochemical performance；Glycine-nitrate method ；Cathode material

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 固体氧化物燃料电池研究背景 1

1.2 固体氧化物燃料电池（SOFC） 1

1.2.1 SOFC的结构 1

1.2.2 SOFC的反应原理 3

1.2.3 SOFC的优势 3

1.3 SOFC阴极材料 4

1.3.1 钙钛矿ABO₃型阴极材料 5

1.3.2 双钙钛矿AA′B₂O_{5 δ}型阴极材料 7

1.4阴极材料制备方法 8

1.4.1固相反应 8

1.4.2 EDTA-柠檬酸法 9

1.4.3共沉淀法 9

1.4.4甘氨酸-硝酸盐法 9

1.5本论文研究内容、意义及目的 9

第二章 实验设计及过程 11

2.1 实验药品、仪器 11

2.2 试验样品制备 12

2.2.1 粉体制备 13

（1）电解质粉体制备 13

（2）阴极粉体制备 14

2.3 表征方法和性能测试 14

2.3.1 X射线衍射分析（XRD） 14

2.3.2 扫描电子显微镜分析（SEM） 15

2.3.3 电化学性能测试 15

第三章 实验结果的分析与讨论 16

3.1复合阴极与电解质相容性分析 16

3.2微观形貌分析 16

3.3甘氨酸加入比例对阴极性能的影响 17

3.3.1电化学性能 17

3.3.2氧还原过程分析 18

3.3.3氧还原速率控制步骤 21

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2展望 23

参考文献 25

致谢 28

第一章 文献综述

固体氧化物燃料电池研究背景

自第一次工业革命以来，能源已成为人类文明发展的基础和支柱。 随着化石燃料消耗的增加和储量的减少，能源和环境压力的增加，新型高效无污染能源的开发已成为当务之急^[1]。燃料电池是将化学能直接转换成电能的化学装置。 它具有高能量转换率和低污染的优点，是21世纪新的清洁发展方式之一。 它被称为水力发电，火力发电和核发电后的第四代发电技术。 在所有燃料电池中，固体氧化物燃料电池由于其完整的固体结构，高能效和对各种燃料气体（例如天然气，天然气和混合气体）的广泛适用性而提供最快的开发和应用^[2]。

固体氧化物燃料电池（SOFC），通过使用陶瓷电解质区别于其他燃料电池，从而降低制造成本^[3]。SOFC具备高效、低排放的优势，被普遍认为是将来用来发电的一种很有前途的技术。由于采用了低成本金属、材料选择范围的扩大和寿命的延长^[4]，工作在500 -800℃的中温SOFC（IT-SOFC）将极大地促进商品化^[5]。目前可用的SOFC大多在高温下运行，例如800至1000℃，由于恶劣的环境下材料的耐高温能力不足，这使SOFC的性能退化。近年来，科学家尝试着重于降低操作温度，例如降低到中等温度500-800℃^[6]。

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