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1、中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,学生：刘斌 导师：程谟杰 研究员,2006.04.02,浪首屠俏客诬廉牲阳撇卞钠娠缝卵汇吕装愚讼造砧徽楞献叠手秽展睁甸彬固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,中温固体氧化物燃料电池的主要特点,工作温度高在600-800C。电极催化剂不依赖 贵金属。 可使用廉价的连接材料，且材料和材料之间的稳定性更好。 发电效率高(60-70%)。可热电联供，与蒸汽、 燃气轮机等构成联合循环发电系统，进一步提高发电效率。 燃料适用性广。可使用CO、H2、天然气、城市 煤气、液化气、生物质气化气为燃料。 NOx和SOx排放极低，CO2排
2、放减半.,屉设旬乖谢耗船碾椒司诡蛆卵膝揖洪挨害苍伏驳讯乱挡邻翁铭硝枫季颈诵固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,固体氧化物燃料电池的应用领域,家庭电站,固定电站,便携式全天候电源,车载辅助电源,陈泥段尉很矩疽疚拢大镇姬钧象割鞠栏柿旱疏溶鸣陈疫彰弊亨苟笔汲唆呈固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,固体氧化物燃料电池的基本原理,O2,蔽京彝碗变梗琢馒矩确齐户姑伊贵若目羹鼎近欲黎惕语姑砧撬辗芳严扰票固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,中温固体氧化物燃料电池对阴极材料的基本要求,有较高的氧还原
3、活性； 有较高的电导率； 与电解质和连接体材料具有良好的化学相容性，并且热膨胀系数要相互匹配； 在氧还原气氛和有工作负载的情况下要有一定的稳定性。,候番尧狗韭杭久症抄震详告吧柬酝蹭钮识风婿惦个历亦录痴崭上墒慈倘紧固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,中温电池（600C-800C）主要的阴极材料,La1-x Srx MnO3- (LSM) La1-x Srx CoO3- (LSC) La1-x Srx FeO3 - (LSF) La1-x Srx Co1-y Fey O3 - (LSCF) Ba1-x Srx Co1-y Fey O3 - (BSCF),ABO
4、3钙钛矿结构,徽慰随蚜激獭凭渐栖桔狙匣啦清扰蜂吕瑞赣租络辊泡湛川雪斥拈贤匝丢网固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,几种阴极材料在800 C的电导率、热膨胀系数及 高温下与电解质的相容性,LaSrGaMg,Solid State Ionics, 138 (2000),79-90 and J.Electrochem.Soc,150(11)(2003)A1518-1522,双铃遏太蔗咳盟掐昆民讳扣漆龚亨矗铝猿券案睹帅熄空庭帘棕饵填断售押固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,Electrical conductor,Mixed
5、conductor,Composite of electrical and ionic conductor,Chem.Rev,104 (2004)4791-4843,不同阴极的电化学反应位,LSM,LSC LSF LSCF,LSM-YSZ,枝滩狗粕戈胯笺张霍涂效魁丘抠造瞬磐撒劫唐喝伴蹭切涣纤桩濒隋桥寅那固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,加入YSZ可增加阴极的离子电导，扩大三相界面，显著改善电池性能 。,LSM基阴极的研究进展（1）,Science and Technology of Ceramic Fuel cells. California, USA,
6、1995 and Solid State Ionics 93 (1997) 207-217 and and Journal of power sources,124 (2003)390-402,LSM与YSZ的反应性,Sr含量小于0.35，生成La2Zr2O7 Sr含量大于0.35，生成SrZrO3 考虑电导率等综合因素，阴极中Sr含量在0.2-0.5,阴极烧结温度在1250C以下,睦壶耳上且容第淑救酵五抽珐侈舒博垒肠谓瘟骤埂指拓妄睡娶龟瓜通引佯固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,A位缺失大大提高电池性能。,在空气和氧气中电池性能差别近一倍。,LSM基阴极
7、的研究进展（2）,Solid State Ionics 93 (1997) 207-217,邦塞谐视绳兼石锅景笆封绎湛防检腑靖裸灰灿逆何虞泊磐赂逮拙骤毙熬疙固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,Solid State Ionics ,176 (2005)2555-2561,LSM基阴极的研究进展（3）,LSM-5Ce10ScZr大大提高了LSM基阴极的电化学性能，在650C,优化阴极 后的电池性能接近0.6/cm2.,剪饵绥闸牺岩晶左协通尔蚕琢疤篡竹醛澡轿潞姻储诽名秧茸陕泵羞捉屯援固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,So
8、lid state Ionics 138 (2000) 143-152 and Solid state Ionics 176 (2005) 655-661,LSC阴极的研究进展（1）,1150-1200C烧结的阴极具有最小的界面电阻。,1.2W/cm2,媳救桃绅程仗聊只糊橡禁迸含我弥懦氖蹄惠蘑雄盾惨又戌梗拍妙迭蹲维疽固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,LSC阴极的研究进展（2）,Solid state Ionics 138 (2000) 143-152,阴极工作700小时后，性能没有显著下降。然而欧姆阻抗降低，极化阻抗增加，这是由Co 扩散生成LaSrGa
9、MgCo 引起的。Co扩散对薄膜电池的性能有重大影响,闯格搐册犊蹦糙泽后颊岸菲龄冠翱趴再蜀腻栏猾贿崔楔秀逮甥莉邦滥惺损固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,LSF阴极的研究进展（1）,x1,B位缺失降低烧结活性,x1,纯钙钛矿相 x1,有SrLaFeO4 杂相,Journal of power sources,113 (2003)1-10,屏织拍亢倍迢翱盐秽降郭别辐藐紫且湃纳锤奥时佃苑制纵羹慧臂极众淤恍固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,Current-Voltage data for (La0.8Sr0.2)xFeO3
10、-x (x=0.95-1.05) at 700C after 72h.,Solid State Ionics ,161 (2003)11-18 and Journal of power sources,113 (2003)1-10,A位缺失或B位缺失都不利于电池性能的提高,LSF阴极的研究进展（2）,SDC阻止Zr 扩散进LSF阴极,杀控星兢漱匹泻扎专芯钾忽眶础磺搂榆寸衣侵急交猖肖贰身宵伐晕各幻透固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,LSF阴极的研究进展（2）,500小时电池性能并不下降,Journal of power sources,113 (2003)
11、1-10,在1250 C以上烧结的阴极电池性能显著下降。,盼侗侗弛亩爱狐雅波屑宪瑚璃涯缔基哩拓演樱寓颊芝嚣深掖扑悯阜通戒吗固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,L80SCF,L58SCF,GDC,YSZ,GDC,YSZ,LSCF阴极的研究进展（1）,Formation of Sr-rich phase in the electrolyte: EDX linear scans for Stronium, Cerium and Zirconium taken along the black lines of SOFCs with YSZ electrolyte,
12、 GDC interlayer and (a) L80SCF (b) L58SCF cathode.,GDC夹层可以在一定程度上阻止LSCF与YSZ的反应。对高Sr含量的L58SCF阴极， 在YSZ界面上仍有高阻抗相SrZrO3生成。,Solid State Ionics ,176 (2005)1341-1350,耪超评摘领适礼援边畦诈渔躯帘娥焦囱厨动让役趾牧恫争翻舵笔柿抛予兆固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,Journal of power sources,156 (2006)20-22,5000小时内，电池性能损失接近1%/1000h,LSCF阴极的
13、研究进展（2）,I-V curves at 800 and 700 C of single cells with LSCF cathodes with different A-site compositions in comparison to the LSM/YSZ.,1.A位缺失大大提高电池性能。2.La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-是LSCF系列阴极中输出性能最高的阴极材料。其最大功率是LSM/YSZ标准阴极的两倍。,滦刮炮拽漱拧末嚣鞠赃馋闷烤泄凄蔓阅盘案铂鬃蜜酶函天湍脖现憋车襄狞固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,新型BSCF阴极 (
14、1),nature,431(2004)170-173,1.BSCF阴极在500C电导率最大,且不超过180S/cm. 2. BSCF以SDC为电解质，600C最大功率为1w/cm2.,箱猛咋坑搂乎钟婚辕辖赣所缝裔迹榴辽夷妨电阶胖诵蕴泡逻擅筛庇画糕故固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,新型BSCF阴极（2）,BSCF与YSZ反应生成高阻抗相,Journal of power sources, （2006）in press,GDC夹层的引入抑制了YSZ与BSCF的反应，大大提高了电池的性能,汕乱述钦哎舟矮贯优掇崎甫馅杰病跑建栈迸羡馋韶浚锅回鬼抛玉钙挺汽谩固体氧
15、化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,结论,1.LSM基阴极与YSZ具有良好的化学相容性，其阴极的稳定性已被近30年的研究所证实。但其氧还原活性较低，在空气和氧气气氛中差别很大。LSC阴极的Co扩散有待研究。LSCF和LSF可能在中温电池中有很大的应用前景。 2.阴极组成计量比的稍微变化会严重影响电池的输出性能。要保证电池的可重复性，必须严格控制阴极的计量比。 3.开发新阴极材料，不仅要考虑阴极本身的电导率和氧还原活性，还要考虑与其他相关材料的高温化学及热的相容性。,啪卤她犊槐轴嘱系翼施七惠梁婚营穴琵工火边工欢尚庐办蒸埃醉邦蜕膛脸固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进
16、展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,1.M.DoKiya, Solid state Ionics 152-153 (2002) 383-392 2.H.Ullmann et al, Solid state Ionics 138 (2000) 79-90 3.J.M.Ralph et al, J.Electrochem.Soc,150(11) (2003) A1518-1522 4.S.J.Skinner, International Journal of Inorganic Materials3 (2001)113-121 5.S.P.Jiang Solid state Ionics 14
17、6 (2002) 1-22 6. S.B.Adler,Chem.Rev.104 (2004) 4791-4843 7. N.Q.Minh, T.Takahashi, Science and Technology of Ceramic Fuel cells. California, USA,1995 8. S. D.souza et al,Solid state Ionics 98 (1997) 57-61 9.T.Tsai, S.A.Barnett, Solid state Ionics 93 (1997) 207-217 10.S.P.Jiang, Journal of power sour
18、ces,124 (2003)390-402 11. Z.W.Wang, et al Solid State Ionics ,176 (2005)2555-2561 12. T.Horita, et al, Solid state Ionics 138 (2000) 143-152 13. Z.H.Bi et al Solid state Ionics 176 (2005) 655-661,参考文献,虑锦吸罪膊涌弟狗懈沟食趁棉喉娶芦嗣溪肮利旨颤砚迹醇无腻院见廓瘫氦固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,14. Z.H.Bi et al Electrochem.
19、Solid state lett. 5(7) (2002) A173 15.S.P.Simner et al, Solid State Ionics ,161 (2003)11-18 16. S.P.Simner et al,Journal of power sources,113 (2003)1-10 17.A.Mai et al, Solid state Ionics,176 (2005)1341-1350 18.F.Tietz et al, Journal of power sources,156 (2006)20-22 19. 段枣树，硕士论文，新型阴极材料BSCF在IT-SOFC中的应用。第三章，25-26 20. Z.P.shao,S.M.Haile nature 417 (2004)170-173 21.Z.S.Duan, et al, Journal of power sources, (2006) in press,参考文献,瑶诺宋绚少钝惑丸构仍奴设旭叉忍锹熬苍翠邵轨镣鹏悯桶呼貌挎鹃里廓敛固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,谢谢大家！,斟政斯鬃瞄板衅兼共替叫十煮凭明光很死泅釉诬喷剧扮是咀累飞察半肃凑固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展,