论文总字数：21201字

摘 要

SDC(Ce_0.8Sm_0.2O_1.9)是一种常用的中低温固体氧化物燃料电池电解质。前期发现SDC中加入ZnO及CaO，晶体上发现了第二相，该相相富集了杂质元素Si及偏析元素Sm。掺杂元素Sm的偏析会导致晶界电导率降低，本文提出了外加CaO、SiO₂以控制掺杂离子的偏析实现对SDC晶界电导率的提高。

本实验在扩大CaO、SiO₂的添加量后，探究中低温下晶界电导率的改善情况。首先探究在Zn体系下发现随着CaO的增加，晶界电导率提高，但总电导率降低。外加SiO₂后，其总电导率反而有所提高。其次将烧结助剂改为Co₂O₃来探究CaO、SiO₂的外加对SDC晶界的影响，这是CaO、SiO₂相互作用实现对偏析元素的调控。。发现其在中低温条件下的总电导率、晶界电导率有显著提高。本实验还将在SDC 中寻找到的最佳配比应用于目前研究较多的GDC中，发现电导率也有较大提高。说明偏析调控在GDC中也是适用的。

关键词：中低温固体氧化物燃料电池 固体电解质 晶界电导率 偏析调控 优化

Enhanced low-temperature conductivity of electrolyte

based on the control of grain-boundary segregation

Abstract

SDC(Ce_0.8Sm_0.2O_1.9) can be used as a solid electrolyte for intermediate and low-temperature solid oxide fuel cells. The second phase was founded in the grain boundary of the SDC added with CaO and ZnO from the result of preliminary experiments, and the phase contains Ca, Si and Sm. The segregation of Sm in the grain boundary will weaken the grain boundary conductivity. This paper proposed CaO and SiO₂ as new scavenger material that can mitigate the harmful effect of the segregation of Sm in SDC.

First, CaO, ZnO and SiO₂ were added into the SDC, and it is found that the addition of CaO, ZnO and SiO₂ enhance the grain-interion and grain-boundary conduction mildly, we could only see a rising trend. Next, we changed ZnO to Co₂O_3. It was found that the additions of CaO, Co₂O₃and SiO₂ largely enhanced the grain boundary conductivity, which can be explained by the control of the segregation of Sm to the grain boundaries. Then added the same additions of CaO,ZnO/Co₂O₃ and SiO₂ into GDC, it was found that the grain boundary conductivity be largely enhanced too, it can be confirmed that the control of the segregation can enhance the grain boundary conductivity.

Key Words: Intermediate and low-temperature solid oxide fuel cell; Solid electrolyte; Grain-boundary conduction; Control the segregation; Enhancement

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 绪论 1

1.2 固体氧化物燃料电池（SOFC）概述 1

1.2.1 固体氧化物燃料电池（SOFC）的工作原理 1

1.2.2 固体氧化物燃料电池（SOFC）发展现状 2

1.2.3 开发中温固体燃料电池的意义 2

1.2.4 中温燃料电池电解质材料研究现状 2

1.3 SOFC的关键材料 2

1.3.1 SOFC阳极材料 2

1.3.2 SOFC阴极材料 3

1.3.3 SOFC连接材料和密封材料 3

1.3.4 SOFC电解质材料 3

1.3.5 CeO₂基固体电解质的研究 4

1.4本论文研究内容 5

1.4.1实验前期研究内容 5

1.4.2 实验思路及内容 6

第二章：实验部分 9

2.1实验原料 9

2.2实验仪器 9

2.3测试仪器 10

2.3.1 XRD分析 10

2.3.2 SEM分析 10

2.3.3 阻抗谱测试 10

2.4实验方法与步骤 11

2.4.1 SDC的制备 11

2.4.2 GDC的制备 11

2.4.4 SDC在Ca、Zn、Si体系中对比样的制备 12

2.4.5 SDC在Ca、Co、Si体系中对比样的制备 12

2.4.5 GDC在Ca、Zn、Si及Ca、Co、Si体系中对比样的制备 13

第三章 实验结果与分析 14

3.1 Ca、Zn、Si体系中不同配比对SDC电导率的影响 14

3.2 Ca、Co、Si体系中不同配比对SDC电导率的影响 18

3.3 偏析调控在GDC中的控制 23

第四章 结论与总结 26

4.1 Ca、Zn、Si体系中不同配比对SDC电导率的影响 26

4.2 Ca、Co、Si体系中不同配比对SDC电导率的影响 26

4.3 偏析调控在GDC中的控制 26

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

1.1 绪论

能源是国家人民赖以生存的动力和基础。随着社会的不断发展进步，能源的不科学使用不仅造成了环境污染和生态平衡，还造成了地球一次能源的日渐枯竭。如今，人们已经意识到要寻找新的能源体系来适应未来社会对高效、清洁、安全、经济的能源体系的要求，绿色的能源利用成为未来能源开发利用的方向^［1］。

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、安全、绿色的能量转换装置，是将化学能转换为电能且转换效率极高^［2-4］，因而越来越受到人们的关注和研究。

1.2 固体氧化物燃料电池（SOFC）概述

1.2.1 固体氧化物燃料电池（SOFC）的原理

以氧离子电解质燃料电池为例，如图1-1所示，电池工作时所进行的电化学过如下：

请支付后下载全文，论文总字数：21201字