中温固体氧化物燃料电池La1.6Sr0.4Ni1-xCuxO4阴极材料的制备及电化学性能

李强 ,  赵辉 ,  江瑞 ,  郭力帆

引用本文: 李强, 赵辉, 江瑞, 郭力帆. 中温固体氧化物燃料电池La1.6Sr0.4Ni1-xCuxO4阴极材料的制备及电化学性能[J]. 物理化学学报, doi: 10.3866/PKU.WHXB201206272 shu
Citation:  LI Qiang, ZHAO Hui, JIANG Rui, GUO Li-Fan. Synthesis and Electrochemical Properties of La1.6Sr0.4Ni1-xCuxO4 as Cathode Materials for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, doi: 10.3866/PKU.WHXB201206272 shu

中温固体氧化物燃料电池La1.6Sr0.4Ni1-xCuxO4阴极材料的制备及电化学性能

  • 基金项目:

    黑龙江省教育厅(12521396)资助项目 (12521396)

摘要:

采用甘氨酸-硝酸盐法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La1.6Sr0.4Ni1-xCuxO4 (x=0.2, 0.4, 0.6,0.8), 利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和微观形貌进行了表征. 结果表明, 该阴极材料与固体电解质Ce0.9Gd0.1O1.95(C )在1000 °C烧结时不发生化学反应, 且烧结4 h 后, 二者之间可形成良好的接触界面. 利用电化学交流阻抗谱技术对阴极材料的电化学性能进行研究, 结果显示, 当Cu离子掺杂量(x)为0.6 时, La1.6Sr0.4Ni0.4Cu0.6O4阴极具有最小的极化电阻, 在空气中当测试温度为750 °C时, 极化电阻为0.35 Ω·cm2. 在不同氧分压条件下电化学阻抗谱分析结果表明, 电极上的两个氧还原反应主要包含氧离子从三相界面向电解质C 转移的过程和电荷的迁移过程, 其中电荷的迁移过程为电极反应的速率控制步骤.La1.6Sr0.4Ni0.4Cu0.6O4电极在空气中700 °C和阴极电流密度为45 mA·cm-2时, 阴极过电位为45 mV. 本研究的初步结果表明La1.6Sr0.4Ni1-xCuxO4材料是一种电化学性能较为优良的新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料.

English

    1. [1]

      (1) Skinner, S. J.; Kilner, J. A. Solid State Ionics 2000, 135, 709.doi: 10.1016/S0167-2738(00)00388-X

      (1) Skinner, S. J.; Kilner, J. A. Solid State Ionics 2000, 135, 709.doi: 10.1016/S0167-2738(00)00388-X

    2. [2]

      (2) Ding, X. F.; Kong, X.; Jiang, J. G.; Cui, C. Int. J. Hydrog. Energy 2009, 34, 6869. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.06.041(2) Ding, X. F.; Kong, X.; Jiang, J. G.; Cui, C. Int. J. Hydrog. Energy 2009, 34, 6869. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.06.041

    3. [3]

      (3) Peng, B.; Chen, G.;Wang, T.; Zhou, J.; Guo, J. J.; Cheng, Y. H.;Wu, K. J. Power Sources 2012, 201, 174.(3) Peng, B.; Chen, G.;Wang, T.; Zhou, J.; Guo, J. J.; Cheng, Y. H.;Wu, K. J. Power Sources 2012, 201, 174.

    4. [4]

      (4) Taguchi, H. Mater. Res. Bull. 2001, 36, 1361. doi: 10.1016/S0025-5408(01)00631-6(4) Taguchi, H. Mater. Res. Bull. 2001, 36, 1361. doi: 10.1016/S0025-5408(01)00631-6

    5. [5]

      (5) Vashook, V.; Girdauskaite, E.; Zosel, J.;Wen, T. L.; Ullmann,H.; Guth, U. Solid State Ionics 2006, 177, 1163. doi: 10.1016/j.ssi. 2006.05.018(5) Vashook, V.; Girdauskaite, E.; Zosel, J.;Wen, T. L.; Ullmann,H.; Guth, U. Solid State Ionics 2006, 177, 1163. doi: 10.1016/j.ssi. 2006.05.018

    6. [6]

      (6) Minervini, L.; Grimes, R.W.; Kilner, J. A.; Sickafus, K. E.J. Mater. Chem. 2000, 10, 2349. doi: 10.1039/b004212i(6) Minervini, L.; Grimes, R.W.; Kilner, J. A.; Sickafus, K. E.J. Mater. Chem. 2000, 10, 2349. doi: 10.1039/b004212i

    7. [7]

      (7) Yang, X. M.; Luo, L. T.; Zhong, H. Appl. Catal. A 2001, 207,69. doi: 10.1016/S0926-860X(00)00658-X(7) Yang, X. M.; Luo, L. T.; Zhong, H. Appl. Catal. A 2001, 207,69. doi: 10.1016/S0926-860X(00)00658-X

    8. [8]

      (8) Bochkov, D. M.; Kharton, V. V.; Kovalevsky, A. V.; Viskup, A.P.; Naumovich, E. N. Solid State Ionics 1999, 120, 281. doi: 10.1016/S0167-2738(99)00019-3(8) Bochkov, D. M.; Kharton, V. V.; Kovalevsky, A. V.; Viskup, A.P.; Naumovich, E. N. Solid State Ionics 1999, 120, 281. doi: 10.1016/S0167-2738(99)00019-3

    9. [9]

      (9) Vashooka, V. V.; Trofimenko, N. E.; Ullmann, H.; Makhnach, L.V. Solid State Ionics 2000, 131, 329. doi: 10.1016/S0167-2738(00)00571-3(9) Vashooka, V. V.; Trofimenko, N. E.; Ullmann, H.; Makhnach, L.V. Solid State Ionics 2000, 131, 329. doi: 10.1016/S0167-2738(00)00571-3

    10. [10]

      (10) Yang, J. F.; Cheng, J. G.; Fan, Y. M.;Wang, R.; Gao, J. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1230. [杨俊芳, 程继贵, 樊玉萌,王睿, 高建峰. 物理化学学报, 2012, 28, 1230.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201202232(10) Yang, J. F.; Cheng, J. G.; Fan, Y. M.;Wang, R.; Gao, J. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1230. [杨俊芳, 程继贵, 樊玉萌,王睿, 高建峰. 物理化学学报, 2012, 28, 1230.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201202232

    11. [11]

      (11) Khandale, A. P.; Bhoga, S. S. J. Power Sources 2010, 195, 7974.doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.06.044(11) Khandale, A. P.; Bhoga, S. S. J. Power Sources 2010, 195, 7974.doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.06.044

    12. [12]

      (12) Al Daroukh, M.; Vashook, V. V.; Ullmann, H.; Tietz, F.; ArualRaj, I. Solid State Ionics 2003, 158, 141. doi: 10.1016/S0167-2738(02)00773-7(12) Al Daroukh, M.; Vashook, V. V.; Ullmann, H.; Tietz, F.; ArualRaj, I. Solid State Ionics 2003, 158, 141. doi: 10.1016/S0167-2738(02)00773-7

    13. [13]

      (13) Jorgensen, J.; Dabrowski, B.; Pei, S.; Richards, D. R.; Hinks, D.G. Phys. Rev. B 1989, 40, 2187. doi: 10.1103/PhysRevB.40.2187(13) Jorgensen, J.; Dabrowski, B.; Pei, S.; Richards, D. R.; Hinks, D.G. Phys. Rev. B 1989, 40, 2187. doi: 10.1103/PhysRevB.40.2187

    14. [14]

      (14) Li, Q.; Fan, Y.; Zhao, H.; Huo, L. H. Chin. J. Inorg. Chem.2006, 22, 2025. [李强, 范勇, 赵辉, 霍丽华. 无机化学学报, 2006, 22, 2025.](14) Li, Q.; Fan, Y.; Zhao, H.; Huo, L. H. Chin. J. Inorg. Chem.2006, 22, 2025. [李强, 范勇, 赵辉, 霍丽华. 无机化学学报, 2006, 22, 2025.]

    15. [15]

      (15) Inprasit, T.; Limthongkul, P.;Wongkasemjit, S. ECS Transactions 2009, 25, 2581.(15) Inprasit, T.; Limthongkul, P.;Wongkasemjit, S. ECS Transactions 2009, 25, 2581.

    16. [16]

      (16) Ling, Y. H.; Zhao, L.; Lin, B.; Dong, Y. C.; Zhang, X. Z.; Meng,G. Y.; Liu, X. Q. Int. J. Hydrog. Energy 2010, 35, 6905. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.04.021(16) Ling, Y. H.; Zhao, L.; Lin, B.; Dong, Y. C.; Zhang, X. Z.; Meng,G. Y.; Liu, X. Q. Int. J. Hydrog. Energy 2010, 35, 6905. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.04.021

    17. [17]

      (17) Zhang, H.;Wang, T.; Dong, X.; Lin,W. J. Nat. Gas Chem.2009, 18, 45. doi: 10.1016/S1003-9953(08)60084-5(17) Zhang, H.;Wang, T.; Dong, X.; Lin,W. J. Nat. Gas Chem.2009, 18, 45. doi: 10.1016/S1003-9953(08)60084-5

    18. [18]

      (18) Zha, S.W.; Moore, A.; Abernathy, H.; Liu, M. L.J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A1128.(18) Zha, S.W.; Moore, A.; Abernathy, H.; Liu, M. L.J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A1128.

    19. [19]

      (19) Zhao, H.; Li, Q.; Sun, L. P. Sci. China Ser. B-Chem. 2011, 54,898. doi: 10.1007/s11426-011-4290-2(19) Zhao, H.; Li, Q.; Sun, L. P. Sci. China Ser. B-Chem. 2011, 54,898. doi: 10.1007/s11426-011-4290-2

    20. [20]

      (20) Aguadero, A.; Alonso, J. A.; Escudero, M. J.; Daza, L. Solid State Ionics 2008, 151, 393.(20) Aguadero, A.; Alonso, J. A.; Escudero, M. J.; Daza, L. Solid State Ionics 2008, 151, 393.

    21. [21]

      (21) Li, Q.; Zhao, H.; Huo, L. H.; Sun, L. P.; Cheng, X. L.; Grenier,J. C. Electrochem. Commun. 2007, 9, 1508. doi: 10.1016/j.elecom.2007.02.013(21) Li, Q.; Zhao, H.; Huo, L. H.; Sun, L. P.; Cheng, X. L.; Grenier,J. C. Electrochem. Commun. 2007, 9, 1508. doi: 10.1016/j.elecom.2007.02.013

    22. [22]

      (22) Li, Q.; Fan, Y.; Zhao, H.; Sun, L. P.; Huo, L. H. J. Power Sources 2007, 167, 64. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.02.018(22) Li, Q.; Fan, Y.; Zhao, H.; Sun, L. P.; Huo, L. H. J. Power Sources 2007, 167, 64. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.02.018

    23. [23]

      (23) Efimov, K.; Halfer, T.; Kuhn, A.; Heitjans, P.; Caro, J.; Feldhoff,A. Chem. Mater. 2010, 22, 1540. doi: 10.1021/cm902882s(23) Efimov, K.; Halfer, T.; Kuhn, A.; Heitjans, P.; Caro, J.; Feldhoff,A. Chem. Mater. 2010, 22, 1540. doi: 10.1021/cm902882s

    24. [24]

      (24) Irvine, J. T. S.; Sinclair, D. C.;West, A. R. Adv. Mater. 1990, 2,132. doi: 10.1002/adma.19900020304(24) Irvine, J. T. S.; Sinclair, D. C.;West, A. R. Adv. Mater. 1990, 2,132. doi: 10.1002/adma.19900020304

    25. [25]

      (25) Takeda, Y.; Kanno, R.; Noda, M.; Yamamoto, O.J. Electrochem. Soc. 1987, 134, A2656.(25) Takeda, Y.; Kanno, R.; Noda, M.; Yamamoto, O.J. Electrochem. Soc. 1987, 134, A2656.

    26. [26]

      (26) Sicbeit, E.; Hammouche, A.; Kleitz, M. Electrochim. Acta 1995,40, 1741. doi: 10.1016/0013-4686(94)00361-4(26) Sicbeit, E.; Hammouche, A.; Kleitz, M. Electrochim. Acta 1995,40, 1741. doi: 10.1016/0013-4686(94)00361-4

    27. [27]

      (27) Li, Q.; Zeng, X.; Sun, L. P.; Zhao, H.; Huo, L. H.; Grenier, J. C.Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 2552. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.11.014(27) Li, Q.; Zeng, X.; Sun, L. P.; Zhao, H.; Huo, L. H.; Grenier, J. C.Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 2552. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.11.014

    28. [28]

      (28) Mauvy, F.; Lalanne, C.; Bassat, J. M.; Grenier, J. C.; Zhao, H.;Dordor, P.; Stevens, P. J. Eur. Ceram. Soc. 2005, 25, 2669.doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2005.03.120

      (28) Mauvy, F.; Lalanne, C.; Bassat, J. M.; Grenier, J. C.; Zhao, H.;Dordor, P.; Stevens, P. J. Eur. Ceram. Soc. 2005, 25, 2669.doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2005.03.120

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  889
  • 文章访问数:  2600
  • HTML全文浏览量:  68
文章相关
  • 发布日期:  2012-08-02
  • 收稿日期:  2012-05-21
  • 网络出版日期:  2012-06-27
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章