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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。本文采用溶胶凝胶-自蔓延燃烧法制备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GBCO-SDC阴极，研究不同在浸渍量以及不同的焙烧温度情况下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射线衍射分析分别进行测试极化电阻和XRD。实验发现：

1. 在浸渍量为28.2%时，复合阴极的极化电阻最小；
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 溶胶凝胶-自蔓延燃烧法 阴极材料

Study on Performance of GBCO-SDC Composite Cathodic Impregnated with GBCO Solution

Abstract

The perovskite-type compound GBCO (GdBaCo2O5 δ) is currently the cathode material of an ideal medium-temperature solid oxide fuel cell. In this paper, GdBaCo2O5 δ cathode powders and SDC electrolytes were prepared by sol-gel self-propagating combustion. The GBCO-SDC cathode was impregnated with a GBCO solution by a chemical impregnation method to investigate the effect of impregnation of the GBCO-SDC composite cathode with different impregnation amounts and different calcination temperatures. The polarization resistance and XRD were measured by impedance spectroscopy and X-ray diffraction analysis, respectively. The experimental results show that：

1. the polarization resistance of the composite cathode is the smallest when the impregnation amount is 28.2%;
2. the polarization resistance decreases with increasing temperature;
3. XRD shows that there is no chemical reaction between GBCO and SDC. Good compatibility ；
4. Chemical impregnation can improve the performance of the composite cathode.

Key words: GdBaCo₂O_{5 δ}；Electrochemical；performance；Sol-gel self-propagating combustion ；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） 2

1.2.1 SOFC的结构 2

1.2.2 SOFC的反应原理 3

1.2.3 SOFC的优势 4

1.3 SOFC阴极材料 4

1.3.1 钙钛矿ABO₃型阴极材料 6

1.4 阴极浸渍法 9

1.4.1 前言 9

1.4.2 阴极骨架中浸渍贵金属材料 10

1.4.3 阴极骨架中浸渍离子电导材料 10

1.4.4 阴极骨架中浸渍混合电导材料 10

1.5 阴极材料制备方法 11

1.5.1 固相反应法 11

1.5.2 EDTA-柠檬酸法 11

1.5.3 共沉淀法 11

1.5.4 溶胶凝胶-自蔓延燃烧法 11

1.6 本论文研究内容、意义及目的 12

第二章 实验设计及过程 14

2.1 实验药品、仪器 14

2.2 试验样品制备 15

2.2.1 阴极粉料制备 15

2.2.2 电解质的制备 16

2.2.3 制备合适的阴极骨架 17

2.3 表征方法和性能测试 18

2.3.1 XRD 18

2.3.2 交流阻抗测试 18

2.3.3 本实验阴极 18

2.3.4 本实验预期目标 18

第三章 实验结果的分析与讨论 19

3.1 复合阴极与电解质相容性分析 19

3.2 电化学性能分析 21

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 文献综述

固体氧化物燃料电池研究背景

随着人类的发展，能源需求持续增长。如今，世界上几乎所有国家都使用化石燃料，也就是天然气，石油以及传统的煤。但再生能源如煤和石油已经几乎不再产出。发展的同时环境问题比如全球气候变暖等随之出现。能源与环境问题急需解决。对此，科学家提出可以开发出一种新型技术取代传统能源使用比如新型电池技术。能够将物质经过化学反应释放的化学能转化成直接使用的电能的燃料电池应运而生。燃料电池可划分为三类：低温（lt;100℃）燃料电池（比如碱性燃料电池（AFC）和质子交换膜电池（PEMFC）），第二代熔融碳酸盐燃料电池，现发展到第三代也就是本论文所研究的固体氧化物燃料电池（SOFC）^[1]。相比较于传统燃料电池,SOFC能利用各种含碳能源，如天然气，液化气，煤气和固体碳等。在应用上，SOFC的化学转化效率为45％至65％，这是燃料电池的两倍利用率。

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。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，工作在600 -800℃的中温SOFC（IT-SOFC）将极大地促进商品化。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600和800℃。

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