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摘 要

本文主要研究的是氧化铈晶界电导率的优化。有研究表明，电解质中存在的微量杂质（如SiO₂）会对电解质的性能产生严重的影响，而实际生产中，Si杂质不可避免的会被引入的，故要提高电解质的性能，就要清扫首先Si。首先，由固相法制成SDC(CeO₂：Sm₂O₃=4:1），然后分别加入不同的金属氧化物来进行清扫SDC 电解质中添加的SiO₂杂质。这是，研究不同金属氧化物对还有Si杂质的 SDC试样影响。通过实验我们发现，当掺杂1mol% Fe 1 mol% Ca和1 mol% Co 1 mol% Ca时能有效的降低晶界电阻（Fe、Co、Ca、Mn指的均是其氧化物），即可以较好地清扫晶界上的Si杂质。我们进一步地研究Co、Fe抗Si极限，分别在SDC 1mol% Ca 1mol% M（M=Fe、Co）的体系中添加 Si ，尝试寻找M清扫Si的极限能力，结果发现Fe、Co在清扫1wt% Si时表现依然良好。并且当SDC中只加入Mn时，清扫1wt% Si 的效果也很好。

关键词：晶界电阻 氧化铈电解质 晶界清扫 阻抗

Grain boundary cleaning of doped cerium oxide electrolyte

Abstract

In this experiment we focus on optimizing the electrical conductivity of cerium oxide grain boundaries. Researches have shown that the existence of trace impurities (such as SiO₂) in electrolyte will have a significant impact on the performance of the electrolyte. While in actual production, inevitably Si impurity is introduced. Cleaning the Si impurities can improve the performance of the electrolyte. Solid legal system into SDC (CeO₂: Sm₂O₃ = 4:1), then respectively in different metal oxide for cleaning the SDC electrolyte adding Si, study different metal oxides on the SDC sample of the grain boundary and internal conduction effect. Through the experiment we found that when doped with 1 mol % Fe 1 mol % Ca and 1 mol % Co 1 mol % Ca can effectively reduce the grain boundary resistance, which can be better cleaning Si impurities on the grain boundary. Furthermore, in order to further study the resistance ability of Co and Fe, respectively adding different amount of Si in the SDC 1 mol % Ca 1 mol % M (M = Fe, Co) system to find M cleaning the Si limit ability, the results showed that when cleaning the 1 wt % Si the performance of M is still good. What’s more，we find that when the SDC only add Mn, cleaning 1 wt % Si effect is very good.

Key Words: Grain boundary resistance; Cerium oxide electrolyte; Grain boundary cleaning; Impedance

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC) 1

1.2.1燃料电池简介 1

1.2.2 SOFC简介 1

1.2.3 SOFC工作原理 1

1.3 固体氧化物燃料电池（SOFC）的优势 3

1.4 SOFC组成 3

1.4.1 SOFC阳极材料 4

1.4.2 SOFC阴极材料 4

1.4.3 SOFC电解质材料 4

1.5 中温SOFC的发展要求 5

1.6 本论文研究内容 7

第二章 实验部分 9

2.1实验原料 9

2.2 实验所用仪器 9

2.3 实验方法与步骤 10

2.3.1 掺杂不同金属氧化物对SDC晶界电导率的影响 10

2.3.2 对抗Si能力较好的氧化物进行深入研究 11

2.4 交流阻抗谱分析 11

第三章 结果与讨论 13

3.1 掺杂不同金属氧化物后对SDC晶界电导率的影响 13

3.2 Fe体系的深入研究 15

3.2.1 Fe的作用 15

3.2.2 Fe作用能力的大小 16

3.3 Co体系的深入研究 18

3.3.1 Co的作用 18

3.3.2 Co作用能力的大小 21

3.4 Mn体系 22

3.5 清扫Si能力最强的组合 24

第四章 结论 26

4.1不同金属氧化物对SDC晶界电导率的影响 26

4.2不同金属氧化物清扫SDC中Si杂质的能力大小 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1引言

众所周知， 能源、信息、材料是现代工业的基础，对社会的发展起了极大地作用。随着的人类的生活水平的高速发展, 全世界对能源的依赖日益增加，尤其是化石能源。据不完全统计，化石能源在人类能源总消耗的比例高达80%，化石能源直接或者间接的推动了人类的工业革命，改变了人类社会的生活轨迹。但以此同时的是燃烧过程中排放了大量的污染物，严重危害人民身心健康。步入新世纪依赖，全世界的能源危机也愈来愈严重，寻找一种清洁高效的能源利用方式, 对于国家和社会经济的健康发展尤为重要。而燃料电池是一种高性能的电化学的发电装置，能直接将化学能转化为电能而没有过多的污染和损耗，是一种理想的能源利用方式^[1]。

1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC)

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