AlO电解质新型结构SOFC制备及性能研究

作者：王鑫; 董宇; 马志鑫; 陈刚

来源：有色矿冶, 2018, (06): 39-45.

• 固体氧化物燃料电池
• Al2O3电解质
• 电化学性能
• 界面传导
• 氧空位

本文主要研究了以Al2O3为电解质的新型结构低温固体氧化物燃料电池。分别以三种不同结构的氧化铝（α-Al2O3、β-Al2O3和含有一定γ相的α-Al2O3）为电解质制备了结构为:泡沫镍-Ni0.8Co0.15Al0.05LiO2（NCAL）/Al2O3/NCAL-泡沫镍的SOFC,并在H2燃料中测试了电化学性能。研究发现三种电池开路电压和最大输出功率密度都有明显差异。α-Al2O3、β-Al2O3和含有一定γ相的α-Al2O3电解质电池在550℃下H2/air气氛中的开路电压分别为:1.057V、0.415V和0.945V;三种电池的最大功率密度分别为173.44mW·m-2、3.76mW·m-2和99.11mW·m-2。交流阻抗谱结果显示α-Al2O3的离子电导率最高,为0.17S·cm-1。通过Ce0.9Gd0.1O2（GDC）/Al2O3双层电解质电池的离子过滤实验发现Al2O3电解质中的载流子包含氧离子。对不同结构Al2O3粉体材料及其在电池中电化学性能测试前后表面氧元素的结合能的XPS表征结果研究发现:不同结构的Al2O3的离子电导率大小跟其表面氧空位浓度有关,氧空位浓度越大,离子电导率越高。Al2O3的表面氧空位浓度在氢气通入后也会显著增加。界面氧离子传导应该是这种以氧化铝为电解质的新型结构SOFC的氧离子传导机理。

• 出版日期2018
• 单位东北大学