中温固体氧化物燃料电池BCY-GDC复合电解质的制备及性能

【作者】 林旭平； 史宇霞； 艾德生； 葛奔；

【机构】 清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室；

【摘要】 固体氧化物燃料电池（SOFC）不断向着低温化的方向发展。但是,随着温度降低,传统电解质材料的电导率也急剧降低,进而导致整个电池效率大大降低。因此,急需开发一种能够适应中低温运行环境的新型电解质材料。掺杂BaCeO₃和掺杂CeO₂是两种研究较多的中温电解质材料,其载流子传导类型分别为质子传导型和氧离子传导型。研究发现,氧离子与质子混合传导的SOFC电解质材料相比传统电解质具有不少优点,比如较高的电导率,与阳极材料之间具有较小的过电位等。本文选取具有质子导电特性的BaCe_0.8Y_0.2O_3-δ（BCY）材料与氧离子导电型电解质材料Ce_0.8Gd_0.2O₂（GDC）进行复合,以期获得具有较高电导率的复合材料。采用溶胶凝胶法分别制备Ba Ce_0.8Y_0.2O₃-δ（BCY）和Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ（GDC）电解质。通过机械混合法将其按照不同质量比（1:9,3:7,5:5）混匀并在1300 oC,10h条件下烧结得到复合电解质片。利用XRD分析了复合电解质材料的相组成,利用SEM分析了不同质量比复合对电解质片微观形貌的影响。通过交流阻抗谱测试复合电解质材料在湿润空气气氛下的电导率。实验结果表明,BCY与GDC质量比为1:9时,样品具有较高的电导率,在450⁸00 o C温度范围内均高于单相GDC电解质。以复合电解质为支撑体,La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O₃-δ为阴极层,Sr₂FeNbO₆为阳极层制成单电池,测试结果表明,在测试温度范围内,以复合材料为电解质的单电池开路电压均高于以GDC为电解质的单电池。更多还原