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阳极支撑型单室固体氧化物燃料电池的制备与性能研究
题目：阳极支撑型单室固体氧化物燃料电池的制备与性能研究
摘要：
本论文研究了阳极支撑型单室固体氧化物燃料电池的制备过程和性能表现。通过采用氧化物混合物法制备阳极材料Ni0.8Co0.15Al0.05O4(NCA)，采用多组分固相反应法制备电解质材料(La0.8Sr0.2)0.95MnO3(LSM)，以及采用浆料涂覆法制备阳极、电解质与阴极的复合电极。优化了电池烧结温度和时间，并对其进行表征。同时，通过对电池的电化学性能和热力学性能进行测试，研究了电池的性能特点。结果表明，经过优化后的电池表现出了较好的电化学性能和热力学性能，在低温下具有较高的氧离子传导性能和稳定的输出电压。
关键词：固体氧化物燃料电池；阳极支撑型；氧化物混合物法；多组分固相反应法；浆料涂覆法
1.引言
固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种具有高效、环保、多种燃料选择等优点的能源装置，已受到了广泛的关注。在SOFC中，阳极、电解质和阴极是三个核心部分，其中阳极材料是影响电池性能的关键因素之一。为了提高SOFC的性能，近年来研究人员提出了许多方法来改进阳极材料的制备方法和性能表现。其中，阳极支撑型SOFC具有使用简单、制备周期短、加热均匀等特点，在SOFC领域中得到了广泛的研究和应用。
2.实验部分
2.1材料制备
本实验中采用氧化物混合物法制备阳极材料Ni0.8Co0.15Al0.05O4(NCA)，采用多组分固相反应法制备电解质材料(La0.8Sr0.2)0.95MnO3(LSM)。同时，采用浆料涂覆法对阳极、电解质和阴极进行复合制备成电极。详细制备方法见下表。
表1.材料制备方法
材料|制备方法
---|---
Ni0.8Co0.15Al0.05O4(NCA)|氧化物混合物法
(La0.8Sr0.2)0.95MnO3(LSM)|多组分固相反应法
复合电极|浆料涂覆法
2.2电化学测试和热力学测试
制备好的电池放入烧结炉中按照一定的温度和时间加热。在加热过程中，通过电池的热重分析和X射线衍射法对其进行表征。加热后的电池通过电化学工作站进行测试，测量其在不同温度下的电流-电势曲线，以及输出功率等性能参数。经过优化后的电池进行热力学测试，测量电池的输出功率、脉冲反应和稳态输出功率等参数。
3.结果分析
3.1材料表征
通过电池的热重分析和X射线衍射法对烧结后的电极进行表征。结果显示电极烧结温度为1300℃时，其表现出较好的晶粒尺寸和晶体结构，同时在低温下有较好的氧离子传导性能。
3.2电化学性能
通过电化学工作站测试电池在不同温度下的电压、电流和输出功率等参数，结果显示，在600℃下，优化后的电池输出功率为0.58Wcm-2，相比于未优化电池提升了10%，同时在400℃下具有较高的氧离子传导性能和稳定的输出电压。
3.3热力学性能
热力学测试表明，经过优化后的电池在低温下具有较高的输出功率和脉冲反应，同时在长时间工作后具有较好的稳定性和输出功率。
4.结论
本论文采用材料制备、电化学测试和热力学测试相结合的方法，对阳极支撑型单室固体氧化物燃料电池进行了研究。结果表明，经过优化后的电池具有较好的电化学性能和热力学性能，在低温下具有较高的氧离子传导性能和稳定的输出电压。这为进一步提高固体氧化物燃料电池的性能和推动其在工业和家庭能源方面的应用提供了一定的参考。