摘要具有立方萤石结构的掺杂CeO2基电解质，由于在中温范围内有较高的离子电导率而受到广泛的重视，成为中温SOFC电解质的主要候选材料。本文以SDC为主要的研究对象，通过掺杂过渡族金属氧化物寻找一种更低温度烧结致密电解质的方法，研究了掺杂Fe3+对SDC电解质材料结构的影响，并且通过XRD，电导率和热膨胀性对不同掺杂含量的粉体和烧结体进行了表征。结果表明：复合粉体中Fe3+在晶界处部分取代了Ce4+的位置，形成了单相性好的立方萤石结构。随着烧结温度的升高，致密度逐渐增加，在1250℃以上烧结已经达到95%左右的致密度，1400℃烧结的样品中掺Fe量为1mol.%时电化学性能最好，最大电导率达到0.059S/cm，改善了电解质性能。67236

毕业论文关键词  SOFCs  SDC  电解质  掺杂  

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title      The research of Intermediate temperature solid oxide fuel cell electrolyte based on CeO2

Abstract

Doped CeO2-based electrolytes with cubic fluorite structure，which has high ionic conductivity under intermediate temperature and drawn much attention, now has been become the main candidate material of Intermediate temperature SOFC electrolytes. This paper takes SDC as the main research target. We try to find out a method to sinter electrolyte at a lower temperature by doping with transition metal oxides. We also studied the effect of doping Fe3+ on the structure of SDC electrolyte materials, and by XRD, electrical conductivity and thermal expansion, different levels of doping powders and sintered body were characterized. The results showed that: Fe3+ at the grain boundaries partially replaced Ce4+ position in the composite powders, forming cubic fluorite structure with a good single phase. With the rise of sintering temperature, the density gradually increases, which reached about 95% density above 1250 ℃.Finally, we found, of the 1400 ℃ sintered samples, 1mol.% Fe-doped one has the best electrochemical performance, its maximum conductivity reaches 0.059S/cm, which improved the performance of electrolyte.

Keywords:   SOFCs  CeO2  electrolyte  doped

目 录

1  引言 1

1.1  燃料电池概述 1

1.2  固体氧化物燃料电池 3

1.3  电解质材料.6

1.4   本课题研究的内容及意义.10

2  实验过程 .11

2.1实验原料和设备 11

2.2 Fe氧化物掺杂SDC电解质的制备 11

2.3 Fe掺杂SDC烧结体性能表征.12

3  实验结果分析 15

3.1  粉体XRD分析 15

3.2  粉体的热膨胀分析16

3.3  粉体的致密度 18

3.4  烧结体的阻抗谱分析 18

3.5  烧结体的离子导电性能 19

结 论 22

致  谢 22

参 考 文 献 23

1  引言

1.1  燃料电池概述

资源总是稀缺的，而能源又是各国发展经济的最重要，最基础的资源，能源战略的成功与否将直接影响一个国家的核心竞争力。尽管世界各国日益加大对新能源的关注与研究，但是如今世界的能源格局仍没有根本改变，仍然是以煤炭，石油，天然气等化石能源为主。数百年构建于此的现代文明如今已面临日益严重的副作用，能源短缺，空气污染，水污染等等已然严重阻碍了整个人类文明的可持续发展。为了应对这样的能源危机，我们必须找到清洁、可持续的能源。而在各种新能源中，燃料电池无疑是其中十分重要的一员。