离子浸渍法制备中温SOFC的LSCSDC阴极.pdf

主垦：量鲨垫堕生墨旦牛国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会2 6 5离子浸渍法制备中温S O F C 的L S C ．S D C 阴极赵飞，许兴燕，夏长荣+( 中国科学技术大学材料系生物质洁净能源实验室，合肥2 3 0 0 2 6 )1 ．引言：固体氧化物燃料电池( S O F C ) 是一种将化学能直接转化成电能的电化学能量转化装置，是一种高效、经济、洁净发电技术之一传统高温S O F C 所带来的一系列问题，如电极的烧结，电解质与电极之间的界面化学扩散以及热膨胀系数不同的材料之间的匹配等，严重阻碍了S O F C 商业化的进程解决问题的方法在于降低电池的操作温度，使其工作在4 0 0 —7 0 0 0 ( 2的中低温区，这样可以保持传统S O F C 的优点，又可避免因工作温度过高而带来的一系列问题，并延长材料的寿命随着S O F C 操作温度的降低，阴极的界面电阻迅速增加，成为电池内阻的主要来源由L a o ．6 0 S r o ．4 0 C 0 0 3 ．6 ( L S C ) 和S D C 组成的复合阴极由于扩大了阴极反应的三相界面( 气相、阴极和电解质) ，大大提高了阴极的性能。

复合阴极的界面性能同时也由阴极的微结构所决定，而微结构与阴极的制备过程有着很大的关系本文报道了以S m o ．2 C e o ．8 0 1 舯( S D C ) 为电解质，用硝酸盐离子浸渍法和共烧法制备的L S C —S D C 复合阴极该阴极是先将多孔的S D C 共烧到电解质层上去，作为容纳L S C 阴极材料的三维空间框架，然后用离子浸渍法将加过甘氨酸的一定化学计量比的L a ，S r ，C o的硝酸盐溶液灌注到多孔的S D C 层中去，高温煅烧使其转化为钙钛矿型的L S C 阴极利用交流阻抗谱研究该复合电极的界面电阻，其阴极微结构及单电池的性能测试正在进行2 ．实验过程草酸盐共沉淀法制备S D C 电解质粉体，将C e ( N 0 3 ) 3 和S m ( N 0 3 ) 3 的混合溶液滴加到0 ．1 m o l ／l 草酸溶液中，用氨水调节p H ，生成草酸盐沉淀，所得沉淀经过滤、洗涤、烘干，最后在8 0 0 0 C 预烧2 小时，称量约O ．5 克共沉淀S D C 粉，在2 5 0 M P a 下单轴冷压为直径1 5 m m圆片，在1 3 5 0 0 C 下烧结5 小时成为致密得电解质片。

硝酸盐离子浸渍+ 共烧法制备L S C ．S D C 复合阴极：将甘氨酸法制备的S D C 粉体( 8 0 0 0 C烧结2 小时) 制成浆料，均匀涂覆在新压制的S D C 电解质片的两侧，干燥后在1 3 5 0 0 C 烧结4小时，形成s d c l l S D C I I s d c 对称电极电解质片在涂覆烧结后要在干燥状态称量将L a ( N 0 3 ) 3 ，S r ( N 0 3 ) 2 和C o ( N 0 3 ) 3 溶液按计量比组成混合均匀L a o ．6 0 S r o ．4 0 C o ( N 0 3 ) ；的溶液，调节p H 值分别在烧成的对称阴极的两侧滴加硝酸盐混合溶液，自然晾干后于7 5 0 0 C 烧结1小时，每次浸渍一烧结循环后均要称量，直到复合阴极中的L S C 和S D C 质量比达到1 ：1 硝酸盐离子浸渍+ 涂覆法制备L S C ．S D C 复合阴极：将甘氨酸法制备的S D C 粉体( 8 0 0 0 C烧结2 小时) 制成浆料，均匀涂覆在烧结后的S D C 电解质片( 1 3 5 0 0 C 烧结4 小时) 的两侧，干燥后在，形成s d c l l S D C I I s d c 对称电极，然后在1 2 0 0 0 C 烧结4 小时。

浸渍法滴加硝酸盐溶液过程见上述操作用电化学分析仪测量对称电池在空气中5 0 0 ．7 0 0 0 C 范围内的交流阻抗谱，测试频率为1 0 2 ～1 0 5 H Z 用x 射线衍射仪分析材料的成相情况，用扫描电予显微镜观察复合阴极表面+ 通讯联系人：：0 5 5 1 - 3 6 0 7 4 7 5 , E m a i l ：x i a c r @ u s t e ．e d u ．c a2 6 6中国·长沙2 0 0 5 年5 月中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会的微结构，用电池评价系统对单电池的I —P 曲线进行表征( 正在进行) 3 ．结果与讨论图1 所示的是涂覆和共烧法所得到的电极的界面性能比较共烧法所得阴极性能明显好予涂覆法制备的阴极对于降低电池工作温度，提高电池性能而言，共烧+ 离子浸渍法明显要好这可能是由于多孔S D C 薄膜层通过共烧的方法为阴极提供了一个很好三维空间框架，通过浸渍的方法向该空间结构填充L S C 阴极材料，可以很好的解决了传统粉末压片法L S C 热膨胀系数高不匹配的缺点，并且这种复合阴极扩大了阴极反应的三相界面( 气相、阴极和电解质) ，大大提高了阴极的性能。

首先，S D C 是完全烧结在一起的骨架，不仅为阴极提供了反应的场所，还有利于氧离子传导畅通；其次，硝酸盐低温下分解，得到大小形状均一的纳米级L S C 颗粒均匀附着在S D C 骨架表面，提供了足够的电化学反应位，即三相界面；再次，L S C 颗粒相互连接在一起，形成电子传输通道，便利了电子向电解质方向迁移n 、a 稿删o o f L s c i n c a t h o d e p r a g a r 戡lb ys l u r r y ∞酬旧( ％)图1 涂覆和共烧法所得电极的性能比较图2L S C 含量与电极性能图2 是L S C 含量对电极性能的影响从图中可以看出，复合阴极的界面电阻随L S C 的添加量增加而下降，但当L S C 质量含量到达一定比例( 5 7 ％) 时，对称电池阴极的界面电阻最小L S C 的量再增加，对称电池阴极的界面电阻反而增加离子浸渍和共烧法制备的L S C —S D C 复合阴极的阴极微结构和单电池电学性能的测试正在进行中参考文献【1 】1 ．S ．E J i a n g ，Y ．J ．L e n g ，S ．H ．C h a r t ，a n dK ．a ．K h o r , E l e c t r o c h e m i c a la n dS o l i d —s t a t eL e t t e r s ，2 0 0 3 ，6 ( 4 ) ：A 6 7 ·A 7 0【2 】R i n g u e d eA ，F o u l e t i e rJ ，S O L I DS T A T EI O N I C S ，2 0 0 1 ，1 3 9 ( 3 - 4 ) ：1 6 7 —1 7 7 ．一。

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