《氧化鈰-碳酸鹽復相材料H+/O2-導電特性及高效電解制氫性能》是依託深圳大學，由范梁棟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氧化鈰-碳酸鹽復相材料H+/O2-導電特性及高效電解制氫性能
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范梁棟
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
摻雜氧化鈰-碳酸鹽復相材料作為一種非常有潛力的低溫固體氧化物燃料電池（SOFC）電解質而備受關注。但是，對於該材料的多離子導電行為研究相對其SOFC套用研究卻相對滯後。離子導電機理還沒有形成統一的認識，甚至形成相反的結論。本項目申請擬提出與燃料電池操作氣氛很接近的電解池技術來研究該復相材料的混合氧離子（O2-）和質子（H+）導電特性。探討復相材料的製備方法、微觀結構（粉末顆粒大小、界面結構）、操作氣氛與電解性能（極化曲線、阻抗譜、活化能、離子遷移數）的關係，確定具有高電解效率的復相材料製備方法和電池構築工藝。結合阻抗等效電路模型和連續通道滲透模型理論探討離子導電途徑、離子相互作用和多離子導電機理。本項目涉及SOFC中復相離子導電材料所產生的共性問題，對於開發低溫高離子導電材料和提高系統穩定性等關鍵問題具有重要意義，研究結果也將推動電解制氫技術的發展，為我國能源的高效清潔利用做出貢獻。
結題摘要
高離子導電率摻雜氧化鈰-碳酸鹽複合材料是一種被給予厚望的低溫固體氧化物燃料電池電解質，對該材料材料的離子導電機理的認識和研究對其導電性和穩定性能的改善和最佳化具有重要意義。本課題基於前期試驗，提出了與燃料電池操作氣氛很接近的電解池技術來研究該復相材料的混合氧離子（O2-）和質子（H+）導電特性，採用不同製備工藝過程合成不同碳酸鹽種類和含量、不同微觀結構（粉末顆粒大小和比表面）、不同界面性質的氧化鈰-碳酸鹽複合物，採用表面修飾法製備了三摻雜的氧化鈰電解質，考察其導電率、燃料電池以及電解池性能與組成、界面結構以及操作氣氛之間的關係，從而揭示O2-/H+在複合電解質中的傳導機理。通過橫向比較和深入分析，確定了一步燃燒法是獲得較大氧化物/碳酸鹽異質界面、物相和元素分布均勻以及可放大生產摻雜氧化鈰-碳酸鹽的有效方法；發現電解條件下的SDC-(Li/Na)2CO3複合電解質氧離子傳導占主導，而在燃料電池氣氛中SDC-Na2CO3中O2-通過氧化鈰網路結構傳導，H+通過氧化物/碳酸鹽界面傳導且占主導，固相碳酸鈉的存在抑制離子體相傳導的特性；發現表面異質變價元素Pr摻雜能提升電解質表面交換效率和提升抗還原性能，最終大幅度提升電池效率，以上研究結果將為進一步新型復相電解質的結構設計提供理論依據以及為其製備工藝最佳化提供經驗借鑑。另外，項目還系統的綜述了碳酸鹽在複合電解質和燃料電池系統中的作用：界面連線劑、電解質燒結助劑、H+導電源以及O2還原反應促進劑，開發了系列高活性納米複合電催化劑，項目研究成果將促進活性穩定高溫燃料電池/電解池關鍵材料的開發和拓展其功能套用。
