固体氧化物燃料电池新型材料

第1章燃料电池技术概述1

11燃料电池的工作原理1

12燃料电池的特点2

13燃料电池的分类3

14燃料电池的应用4

15研究进展5

151碱性燃料电池5

152磷酸燃料电池6

153熔融碳酸盐燃料电池8

154固体氧化物燃料电池(SOFC)11

155质子交换膜燃料电池（PEMFC）11

156其他类型的燃料电池13

第2章中温固体氧化物燃料电池技术16

21SOFC的工作原理17

22SOFC的结构类型18

23SOFC的特点和应用19

24SOFC的研究进展20

241国外研究进展20

242国内研究进展22

243SOFC的中温化22

25SOFC的构件材料研究状况23

251SOFC的阴极材料24

252SOFC的电解质材料25

253SOFC的阳极材料27

254SOFC的互连接材料28

255SOFC的密封材料29

256SOFC电池制备技术29

第3章中温固体氧化物燃料电池新型阴极材料32

31阴极材料La1-xSrxFe1-yMnyO3-δ

(LSFM)32

311柠檬酸盐法制备LSFM的过程34

312柠檬酸盐法制备LSFM的性能38

32阴极材料La1-xSrxFe1-yCoyO3-δ

(LSFC)42

321EDTA螯合溶胶凝胶法制备的

关键43

322EDTA螯合溶胶凝胶法制备LSFC

工艺优化46

323LSCF材料结构和性能研究50

33阴极材料La08Sr02Co0085CuxFe0915-xO3-δ

(LSCCuF)53

331XRD分析54

332SEM及EDS分析55

333电导率测量结果与分析56

334LSCCuF与电解质的化学相容性

研究57

34阴极材料La08Sr02Co005FexMn095-xO3-δ

(LSCFM)57

341差热热重分析57

342粉体预烧和膜体的制备58

343XRD检测59

344扫描电镜59

345能谱分析59

346电导率σ和电导活化能Ea59

347碘滴定61

35阴极材料La1-x-ySrxCayFe1-zCozO3-δ

(LSCaFC)61

351XRD分析和EDS分析61

352SEM和BET结果62

353激光粒度分析62

354碘滴定法测量样品的氧非化学

计量值63

355材料电导率63

356LSCaFC与LSGM电解质的化学

相容性64

36阴极材料La1-x-ySrxCayMn1-zCozO3-δ

(LSCMC)65

361La1-x-ySrxCayMn1-zCozO3-δ

(LSCMC)DSC/TG分析65

362变温X射线衍射分析65

363电子探针显微（EPMA）分析69

364粒度分析69

365材料制备焙烧曲线70

366材料的电导性能70

367电导活化能71

368特征温度、体积密度及

微观形貌72

369材料的热性能72

3610材料的化学性能73

3611催化性能74

3612阴极材料的氧表面交换75

第4章中温固体氧化物燃料电池新型阳极材料76

41阳极材料La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ

(LSCM)76

411改进固相法制备LSCM阳极

材料76

412GNP法制备LSCM阳极材料83

42阳极材料La1-xSrxCr1-y-zMnyCozO3-δ

(LSCMCo)87

421LSCMCo的物相分析87

422LSCMCo的形貌分析88

423LSCMCo的电导性能88

424LSCMCo的催化性能90

43阳极材料Ce08Ca02O18(CDC82)90

431CDC82前驱体物料的热分析91

432CDC82的物相分析91

433CDC82的生成机理探讨91

434CDC82的形貌分析92

435CDC82的电导性能93

436CDC82与LSGM和LSCM的化

学相容性94

437CDC82的催化性能94

44阳极材料Ce08Gd02O2-δ(GDC82)95

441GDC82前驱体物料的热分析95

442GDC82的物相分析95

443GDC82的生成机理探讨95

444GDC82的形貌分析96

445GDC82的电导性能96

446GDC82与LSGM和LSCM的化

学相容性97

447GDC82的催化性能98

45阳极材料Ce08Ca02O2La07Sr03Cr05

Mn05O3-δ(CDCLSCM)99

451CDCLSCM热重分析检测结果99

452CDCLSCM XRD物相分析检测

结果99

453CDCLSCM扫描电镜显微结构

分析102

454CDCLSCM能谱分析结果102

455CDCLSCM与电解质YSZ相容性

测试103

456CDCLSCM在氢气中的催化性

反应103

457CDCLSCM在空气和氢气气氛下

的电导率104

46新型阳极材料3Ce08Ca02O027La07Sr03Cr05

Mn05-yCoyO3-δ(CDCLSCMCo)105

461CDCLSCMCo的特征105

462CDCLSCMCo01材料的热分析105

463CDCLSCMCo01材料的物

相分析106

464CDCLSCMCo01材料的能

谱分析107

465CDCLSCMCo01材料的形

貌分析108

466CDCLSCMCo材料的电

导性能108

467CDCLSCMCo015材料分别与电解质

YSZ和LSGM的化学相容性110

468CDCLSCMCo015材料与电

解质LSGM的热相容性111

469CDCLSCMCo015材料在氢气下

的催化性能111

第5章中温固体氧化物燃料电池新型电解质材料113

51电解质材料La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ

(LSGM)114

511LSGM的合成物料分析115

512LSGM合成物料的热分析117

513LSGM的物相分析118

514LSGM的生成机理探讨118

515LSGM的能谱分析119

516LSGM的形貌分析120

517LSGM粉体的粒度分布120

518LSGM的导电机理及性能121

519GNP法制备LSGM电解质

材料125

5110固相GNP联合烧结法制备LSGM

电解质材料探索126

52LSGMC电解质材料合成及性能

研究127

521LSGMC前驱体物料的热重

分析127

522烧结温度127

523电极材料与电解质的化学相

容性128

524LSGMC陶瓷片的形貌分析129

525LSGMC粉体的粒度分布132

526碘量法测非化学计量值133

527LSGMC的电导性能133

第6章中温固体氧化物燃料电池单电池技术及堆循环系统新流程136

61LSGM电解质与电极材料之间的

相容性136

611LSGM电解质与备选电极材料之间

的化学相容性能136

612LSGM电解质与备选电极材料之间

的热匹配性能136

613备选电极材料的电导性能139

62单电池制作及性能考察140

621电池构件薄膜制作140

622电极薄膜的微观形貌141

623单电池性能测试与结果145

63ITSOFC堆循环系统新流程148

631阳极积碳机理研究149

632甲烷重整措施154

633生物质气等含甲烷燃料在SOFCs

中的循环系统新流程156

634循环系统的工作原理与特点156

第7章阳极支撑中温固体氧化物燃料电池及其材料的研究160

71LSCM阳极材料的制备和性能表征160

711LSCM阳极材料的合成与表征160

712LSCM阳极基底的制备及造孔剂的

选择研究160

713LSCM阳极材料的形貌结构162

714LSCM多孔阳极对甲烷的催化

活性165

715LSCM多孔阳极的电导率165

72NiOLDC阳极材料的制备和性能

表征166

721LDC材料制备及性能研究167

722NiOLDC阳极片制备及性能

研究169

73LSGM电解质薄膜的制备和性能

表征174

731固相法合成LSGM电解质

材料174

732射频磁控溅射法制备LSGM电解质

薄膜175

733LSGM电解质薄膜的表征及工艺

优化177

734浆料旋涂法制备LSGM电解质

薄膜192

735LSGM电解质薄膜的表征及工

艺优化193

74单电池片制备及电池性能测试196

741单电池片制备197

742LSCM阳极支撑/浆料旋涂

LSGM/LSCF单电池片197

743LSCM阳极支撑/磁控溅射

LSGM/LSCF单电池片200

75NiOLDC阳极支撑单电池片性能

测试203

751NiOLDC阳极支撑/浆料旋涂

LSGM/LSCF单电池片204

752NiOLDC阳极支撑/磁控溅射

LSGM/LSCF单电池片207

参考文献211

本书主要结合国内外固体氧化物燃料电池材料的研究进展,探讨钙钛矿型复合氧化物电解质材料、阴极材料和阳极材料及其组成单电池的制备工艺和性能，以期对固体氧化物燃料电池技术的研究有所推动。本书共分为7章，第1章为燃料电池技术概述，第2章为中温固体氧化物燃料电池技术，第3章为中温固体氧化物燃料电池新型阴极材料，第4章为中温固体氧化物燃料电池新型阳极材料，第5章为中温固体氧化物燃料电池新型电解质材料，第6章为中温固体氧化物燃料电池单电池技术及堆循环系统新流程，第7章为阳极支撑中温固体氧化物燃料电池及其材料的研究。
本书可供从事固体氧化物燃料电池和新材料研究与开发的科研人员、企事业单位的技术人员和管理人员阅读，也可供能源、化学、材料等相关专业教师和学生参考。

本书结合国内外固体氧化物燃料电池材料的研究进展，探讨钙钛矿型复合氧化物电解质材料、阴极材料和阳极材料及其组成单电池的制备工艺和性能，以期对固体氧化物燃料电池技术的研究有所推动。