固体氧化物燃料电池复合阴极的制备与电化学性能研究的任务书.docx

固体氧化物燃料电池复合阴极的制备与电化学性能研究的任务书
任务书
题目：固体氧化物燃料电池复合阴极的制备与电化学性能研究
一、研究背景和意义
近年来，固体氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCells，SOFCs）逐渐成为新能源领域的研究热点，其独特的电化学转化过程使其具有高效能、低污染、可再生等优点，被视为可持续发展的能源解决方案之一。在SOFCs中，复合阴极（CompositeCathode）是电池中关键的组件之一，它直接影响电池的稳定性、寿命和性能。目前，具有较好电化学性能的复合阴极材料主要包括La1-xSrxMnO3（LSM）、LaxSr1-xCoO3（LSC）和Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3（BSCF）等。
然而，这些复合阴极材料存在一些问题，如在操作过程中因材料与空气发生反应，容易产生稳定性问题；存在比较高的活化能，使得复合阴极的电催化活性较低等，这些问题需要通过材料工程的方法进行解决。因此，在这方面的研究具有重要的科学意义和实用价值。
二、研究内容
1.合成复合阴极材料。采用固相反应法制备LSM、LSC和BSCF材料，并对合成的材料进行表征和分析。
2.制备复合阴极。将合成的材料与聚合物复配制备形成乳胶，在NiO与YSZ等组分的氧化物电解质支撑体表面进行涂覆，再进行煅烧和处理，最终制得复合阴极电极。
3.测试复合阴极电极的电化学性能。采用三电极测试系统（电化学工作站）、交流阻抗法和恒电流充放电测试等方法，对复合阴极电极的电化学性能进行测试和分析。
三、研究计划
1.合成复合阴极材料：在前期研究中，采用固相反应法制备出LSM、LSC和BSCF材料，并进行了表征和研究。在研究中，进一步完善制备流程和表征方法，保证复合阴极材料具有较好的电化学性能。
2.制备复合阴极：利用前期的研究成果，将合成的材料和聚合物复配制备形成乳胶，并在NiO与YSZ等组分的氧化物电解质支撑体表面进行涂覆，进一步优化涂覆工艺以达到最佳的涂覆效果。
3.测试复合阴极电极的电化学性能：采用三电极测试系统（电化学工作站）、交流阻抗法和恒电流充放电测试等方法，对复合阴极电极的电化学性能进行测试和分析。同时，对测试结果进行研究及研究成果的分析，提出相关结论并拟定研究报告。
四、研究阶段
1.第一阶段（1个月）：选择适宜的合成条件，反应温度、时间、粉末比例等，通过X射线衍射、扫描电子显微镜等方法表征LSM、LSC和BSCF材料。
2.第二阶段（1个月）：将合成的材料和聚合物复配制备形成乳胶，并在氧化物电解质支撑体表面进行涂覆。确定最佳涂覆条件，系统地研究涂覆的影响因素和涂覆影响机理。
3.第三阶段（2个月）：使用三电极测试系统、交流阻抗法和恒电流充放电测试法等方法，对复合阴极电极的电化学性能进行测试和分析，并与常规复合阴极材料进行对比研究。
4.第四阶段（1个月）：汇总前三个阶段研究的数据结果和分析，尝试制定可行的改进方案，建议进一步的研究方向，拟定初步的成果报告。
五、研究保障条件
1.实验室设备：计算机器、电阻器、氢气氧化仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等。
2.研究经费：30万元左右，其中包括实验耗材、采购设备及专利申报等。
3.研究人员：本研究团队由硕士生2名、博士生1名、导师1名组成，可以满足开展该项目的要求。
六、预期成果
在研究的过程中，将通过氧化物材料合成技术、复合材料制备技术等方面的研究，建立固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备工艺优化方案，并获得与常规复合阴极材料进行对比的电化学性能，有望进一步提高复合阴极的性能和电化学活性，提高SOFCs的电化学性能和稳定性，为新能源领域的应用提供支持。
七、参考文献
1.Awadhiya,M.(2015).Developmentofcompositecathodeforsolidoxidefuelcell.JournalofMolecularStructure,1095,7-12.
2.Zhang,R.,&Sun,P.(2018).SynthesisandcharacterizationofLa0.6Sr0.3Mn1-xCoxO3-δcathodeforsolidoxidefuelcells.JournalofSolidStateElectrochemistry,22(5),1449-1455.
3.Wang,M.,Li,J.,Zhang,L.,&Zhu,X.(2019).SynthesisandcharacterizationofLaNi0.6Fe0.4O3perovskitecathodeforsolidoxidefuelcells.InternationalJournalofHydrogenEnergy,44(39),21781-21789.