《固體氧化物燃料電池電解質的電致擴散機理研究》是依託華中科技大學，由顏冬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：固體氧化物燃料電池電解質的電致擴散機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：顏冬
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
固體氧化物燃料電池（SOFC）長期工作的衰減通常被認為是由具有精細結構的電極劣化帶來的，因此一般通過開發新型電極和穩定電極成分和微觀結構來降低電池的衰減。然而，也有電極和全電池的測試發現，在電流的作用下，來自電極的金屬元素會向電解質內擴散聚集。這種電致擴散會改變電極‒電解質界面的微觀形貌，在電解質內形成電子短路通道，在電解質的晶界處富集，不僅阻礙氧離子傳導，也會降低電解質強度。目前，這種電致擴散產生的原因和機理尚不完全明確。本項目將通過研究電流作用下電極‒電解質界面和組分以及由該擴散引起的電化學性能的變化，揭示由工作電流導致的元素擴散機制，及其對 SOFC電解質衰減的影響，為篩選與電解質具有良好相容性的電極材料提供依據。
結題摘要
固體氧化物燃料電池（SOFC）以高溫氧離子導體為電解質，電極元素的擴散可能會對電解質的電化學和機械性能存在影響，本課題研究了不同的典型電極在工作電流作用下與電解質的擴散情況。其中貴金屬Pd電極沒有觀察到擴散行為；陶瓷電極中，Sr元素存在熱作用下的自發擴散，而Mn元素在電流作用下會沿晶界向電解質中擴散，擴散程度與極化電流大小和極化時間正相關；傳統陽極的Ni沒有向電解質中的擴散行為，但可以直接使用碳作為燃料的液態金屬陽極SOFC的典型陽極Sb及其氧化物會沿晶界腐蝕GDC電解質並導致電解質晶粒的脫落，其中液態Sb的擴散深度比液態Sb2O3更深，在極化電流的作用下，Sb及其氧化物的擴散速度會顯著加快，但與固態陽極不同的是，隨著Sb陽極向電解質內的擴散，有效的電解質厚度逐漸降低，使得電池的歐姆阻抗減小，電池性能反而逐步提升。在SOFC全電池測試中，使用Pd作為電極的電池經歷4000小時工作，沒有發現電解質出現異常，而外電場激勵電流的半電池測試中，電解質基體在短期內既表現出發黑的現象，且強度隨電流增加和極化時間延長而下降，且表面硬度上升，經XPS分析表明該變化是由電流驅動下的氧離子定向遷移產生偏聚及結構缺陷導致的。在陶瓷陰極電池的半電池測試中，除氧離子遷移外，Mn元素沿晶界的擴散也使得電解質的斷口形貌與未經歷極化的電解質相比具有更多的沿晶斷裂特徵，並由於晶粒間的結合力降低，電池的強度下降。
