1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種轉換效率高且環(huán)境友好的能源轉換設備，能夠將燃料中的化學能高效的轉換為電能，而其電化學逆過程(即固體氧化物電解電池，SOEC)則可以將電能轉換為化學能儲存在燃料中。SOFC-SOEC聯(lián)用可以有效地解決風能、太陽能、潮汐能等清潔發(fā)電設備的輸出波動問題，實現(xiàn)并網。但是目前SOFC的商業(yè)化應用仍遇到很多困難，最重要的就是高性能電極材料的開發(fā)，包括可用于碳氫燃料的陽極材料以及高催化活性和穩(wěn)定性的陰極材料等。

2、r>　　為進一步發(fā)展高性能、穩(wěn)定的電極材料，以提高電池的電化學性能和運行穩(wěn)定性，本文主要進行以下幾下研究:(1)新型質子型固體氧化物燃料電池(P-SOFC)的陰極材料-Sr3Fe2O7-δ的制備、性能和應用電化學性能研究;(2)Co和La摻雜對Sr3Fe2O7-δ性能的影響及其作為P-SOEC空氣極的可行性研究;(3)Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ(SFM)單相陶瓷電極在可逆固體氧化物電池中的離子浸漬法制備及應用性能研究;(4)基于

3、NiTiO3陽極重整層和Co2TiO4新陽極材料的單電池在碳氫燃料中的電化學行為研究。論文的結果如下:
　　第一章:簡單介紹了SOFC的研究背景、運行原理和各組件的發(fā)展現(xiàn)狀。重點闡述了SOFC中電極材料的發(fā)展現(xiàn)狀和未來商業(yè)化要求對于電極材料的要求，提出本論文的研究方向和內容。
　　第二章:針對P-SOFC的陰極電化學反應過程，設計并研究了具有類鈣鈦礦R-P結構的Sr3Fe2O7-δ單相陰極材料。結果表明:
　　(1)

4、Sr3Fe2O7-δ(SFO)具有良好的電子電導率和氧離子電導率，800℃下氧滲透率為6.06*10-8mol cm-2s-1，電子電導率最高可達60 Scm-1。
　　(2) DFT理論計算表明其特殊的R-P層狀結構使SFO具有很低的質子形成能和質子遷移能，可作為單相陰極材料應用于P-SOFC。
　　(3)使用SFO-BZCY(5wt％)陰極的單電池700℃最高功率密度可達683mWcm-2，極化阻抗僅為0.07Ωcm2，

5、這是目前P-SOFC所達到的最好性能。值得注意的是，以SFO-BZCY(5wt％)為陰極的單電池穩(wěn)定運行100小時，性能無衰減，而以傳統(tǒng)的SSC-BZCY為陰極時，電池性能則在10小時左右迅速衰減50％。這些結果表明SFO是一種高效的兼具質子/電子混合電導的優(yōu)異陰極材料。
　　第三章:采用Co摻雜和La摻雜進一步優(yōu)化Sr3Fe2O7-δ材料的陰極性能。研究結果表明，Co摻雜可提高SFO的電子電導和表面交換系數(shù)，但會降低其在P-SO

6、EC中的長期穩(wěn)定性。La摻雜雖然會使SFO的表面交換系數(shù)有所降低，但能提高在水蒸氣氣氛中的穩(wěn)定性。以Sr2.8La0.2Fe2O7-δ作為空氣極的P-SOEC，在電解電壓為1.3V時，650℃電解電流密度可達1006mAcm-2，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。該電解電池在10％H2O-90％空氣氣氛下運行25小時，性能無明顯衰減。
　　第四章:制備雙鈣鈦礦對稱電極的一體化燃料電池。SOFC由陽極、電解質、陰極三個部分連接而成，各組件機械

7、性能之間存在差異，這種差異在長期的運行中會導致電池結構的不穩(wěn)定，如果采用一體化骨架支撐的電池結構可以避免這些問題。采用商業(yè)多孔YSZ/致密YSZ/多孔YSZ一體成型的骨架，通過離子浸漬Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ(SFM)的方法獲得了具有對稱結構的一體化固體氧化物可逆電池(RSOCs)。SFM浸漬量達到9.7wt％的時候，800℃最大輸出功率為288mWcm-2，并且在750℃、0.72V長期放電超過60小時;800℃以SOEC模

8、式電解水時，在0.4V電解電壓電流密度為454mAcm-2。
　　第五章:與氫氣相比，碳氫燃料具有體積能量密度高，便于儲存、輸運等優(yōu)點，可有效提高SOFC的商業(yè)競爭力。但傳統(tǒng)的Ni基陽極對碳氫燃料裂解反應具有高催化活性，易形成碳淀積，從而損傷電池的電化學性能和壽命。為解決這一問題，在陽極表面涂敷鈣鈦礦氧化物NiTiO3(NTO)過渡層，利用NTO在還原氣氛下分解形成的Ni-TiO2能促進燃料和積碳的水重整反應，從而降低積碳形成。應