用于制造固体氧化物燃料电池的钙钛矿型氧化物PDF电子书下载

第1章 钙钛矿型氧化物的结构和性能 1

1.1 简介 1

1.2 钙钛矿型氧化物的结构 1

1.3 钙钛矿型氧化物的典型性能 7

1.4 钙钛矿型氧化物的制备 12

1.5 钙钛矿型氧化物在SOFC中的应用 14

参考文献 15

第2章 中温SOFC的研究进展 16

2.1 简介 16

2.2 SOFC的典型特征 17

2.2.1 SOFC的优缺点 17

2.2.2 中温SOFC问题 19

2.2.3 堆设计 31

2.3 中温SOFC堆／系统发展概况 32

2.3.1 Kyocera公司／Osaka Gas公司 32

2.3.2 三菱材料公司 33

2.3.3 TOTO公司研发的微型SOFC 33

2.4 展望 34

2.4.1 应用 34

2.4.2 中温SOFC燃料的适应性和可靠性 36

2.4.3 混合系统 36

2.5 小结 37

参考文献 37

第3章 钙钛矿型化合物的离子导电 39

3.1 简介 39

3.2 钙钛矿型化合物的导电行为 40

3.3 钙钛矿型氧化物的离子导电性的早期研究 42

3.4 氧离子导电 45

3.5 质子导电 48

3.6 锂离子导电 51

3.7 卤素离子导电 52

3.8 银离子导电 53

参考文献 53

第4章 用作SOFC电解质的钙钛矿型氧化物的氧离子导电 55

4.1 简介 55

4.2 氧化物中的氧离子电导率 55

4.3 钙钛矿型氧化物的氧离子导电性 57

4.4 掺杂Sr和Mg的LaGaO3基氧化物（LSGM）作为新型氧离子导体 60

4.4.1 La和Ga作为掺杂剂的作用 60

4.4.2 过渡金属掺杂对LSGM氧离子电导率的影响 62

4.5 LSGM电解质的基本性质 65

4.5.1 La-Sr-Ga-Mg-O的相图 65

4.5.2 和SOFC组分的反应性 65

4.5.3 热膨胀行为及其他性质 66

4.5.4 少数载劣行为 67

4.5.5 氧离子的扩散 69

4.6 使用LSGM电解质的单电池性能 72

4.7 用于运行温度低于773K的LaGaO3薄膜电解质的制备 74

4.8 钙钛矿相关氧化物的阳离子电导率 76

4.9 小结 78

参考文献 79

第5章 钙钛矿型氧化物中氧离子的扩散性 81

5.1 简介 81

5.1.1 扩散系数的定义 81

5.1.2 氧气示踪物扩散系数 82

5.1.3 表面交换系数 83

5.1.4 缺陷化学及氧的输送 84

5.1.5 缺陷平衡 84

5.2 电子—离子混合导电型氧化物（MEIC）的扩散性 86

5.2.1 A位阳离子对氧扩散的影响 87

5.2.2 B位阳离子对氧扩散的影响 88

5.2.3 A位阳离子空位对氧扩散的影响 88

5.2.4 氧扩散系数与温度之间的关系 89

5.2.5 氧分压的作用 91

5.3 离子导电型钙钛矿的氧扩散 92

5.4 钙钛矿相关材料的氧扩散 92

5.5 氧扩散参数之间的关系 93

5.6 小结 95

参考文献 95

第6章 钙钛矿型氧化物及相关材料的晶体结构无序、移动氧离子扩散途径及晶体结构 99

6.1 简介 99

6.2 高温中子粉末衍射 100

6.3 离子导电型导体移动氧离子扩散途径解释中的数据处理：Rietveld分析、熵最大法（MEM）、以熵最大法为基础拟合（MPF） 101

6.4 快速氧离子导体（La0.8Sr0.2）（Ga0.8Mg0.15Co0.05）O2.8中氧离子扩散途径 102

6.4.1 简介 102

6.4.2 实验及数据处理 103

6.4.3 结果与讨论 103

6.5 具有双钙钛矿结构的氧离子导体La0.64（Ti0.92Nb0.08）O2.99中氧离子的扩散途径 108

6.5.1 简介 108

6.5.2 实验及数据处理 108

6.5.3 结果与讨论 108

6.6 具有立方相钙钛矿结构的阳极材料La0.6Sr0.4CoO3-δ以及La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ的晶体结构及其氧离子结构无序 112

6.6.1 简介 112

6.6.2 实验及数据处理 113

6.6.3 结果与讨论 113

6.7 具有K2NiF4型结构的掺Pr2NiO4基混合离子—电子导体（Pr0.9La0.1）2（Ni0.74Cu0.21Ga0.05）O4＋δ的结构无序和氧离子扩散路径 118

6.7.1 简介 118

6.7.2 实验与数据处理 119

6.7.3 结果与讨论 119

6.8 小结 122

参考文献 123

第7章 用作SOFC阴极的钙钛矿型氧化物 126

7.1 简介 126

7.2 阴极材料所需的性能 126

7.2.1 催化活性 127

7.2.2 电子传导 128

7.2.3 氧传输（体相或表面） 129

7.2.4 化学稳定性和兼容性 130

7.2.5 形态稳定性 130

7.3 阴极反应及极化的一般说明 130

7.3.1 氧电极过程 130

7.3.2 阴极—电解质界面的等效电路 131

7.4 高温SOFC阴极：（La，Sr）MnO3 133

7.4.1 传输性能和电化学反应 133

7.4.2 LSM的化学和形态稳定性 135

7.5 中温SOFC的阴极：（La，Sr）CoO3、（La，Sr）（Co，Fe）O3 137

7.5.1 钴基钙钛矿型化合物阴极的一般特征 137

7.5.2 模型电极的电化学反应：A（La，Sr）CoO3致密薄膜 137

7.5.3 有氧化铈夹层和无氧化铈夹层时氧化锆上（La，Sr）CoO3的电化学响应 140

7.6 小结 140

参考文献 141

第8章 SOFC的钙钛矿型氧化物阳极 143

8.1 简介 143

8.2 SOFC的阳极材料 144

8.3 钙钛矿化学 145

8.4 掺杂、非化学计量和导电性 146

8.5 钙钛矿阳极材料 148

8.6 A（B，B′）O3钙钛矿 152

8.7 钨铜阳极材料 153

8.8 全钙钛矿SOFC的阳极材料 153

8.9 小结 154

参考文献 154

第9章 使用镓酸镧的中温SOFC 157

9.1 简介 157

9.2 电池研发 157

9.2.1 电解质 157

9.2.2 阳极 158

9.2.3 阴极 161

9.3 堆栈的研发 162

9.4 模块研发 164

9.4.1 1kW单堆栈模块 164

9.4.2 10kW多堆栈模块 165

9.5 系统研发 168

9.6 堆栈建模 170

参考文献 173

第10章 使用镓酸镧（LaGaO3）基新电解质的快速启动型SOFC 175

10.1 简介 175

10.2 微管电池开发 176

10.3 快速热循环 180

10.4 燃料适应性 181

10.5 堆的开发 183

10.6 小结 185

参考文献 185

第11章 钙钛矿型氧化物中的质子导电性 186

11.1 简介 186

11.2 受体掺杂钙钛矿的质子导电性 187

11.2.1 氧化物中的质子 187

11.2.2 受体掺杂钙钛矿的水合作用 188

11.2.3 质子扩散 190

11.2.4 电荷迁移和质子导电性 192

11.2.5 受体掺杂简单的钙钛矿ABO3的质子导电性 193

11.2.6 缺陷受体相互作用的影响 195

11.2.7 晶界 196

11.3 内在氧气缺乏的钙钛矿质子导电性 196

11.3.1 有序缺氧的水化作用 196

11.3.2 无序内在缺氧性的命名和水合作用 197

11.3.3 包含水化的内在缺氧钙钛矿（氢氧化物）的有序—无序反应 198

11.4 无掺杂钙钛矿的水合作用 198

11.5 非钙钛矿型氧化物和磷酸盐选定类中的质子导电性 199

11.6 质子导电性SOFC的发展 201

11.7 小结 203

参考文献 204

第12章 铈和锆基钙钛矿型氧化物中的质子传导 208

12.1 简介 208

12.2 电导率 209

12.3 电极的活化／钝化 211

12.4 稳定性 212

12.5 掺杂物 214

12.6 质子空穴混合传导 218

参考文献 221

第13章 钙钛矿型氧化物中质子传导的机理 223

13.1 简介 223

13.2 质子位 224

13.3 质子传导机理（无掺杂，立方钙钛矿） 225

13.4 难题（对称性减少、掺杂、混合位占据） 228

13.5 燃料电池应用的质子传导电解质发展的意义 230

参考文献 231

第14章 质子传导钙钛矿型中温SOFC 233

14.1 简介 233

14.2 FC的制备 236

14.3 FC的表征 237

14.4 FC的操作和评价 237

14.5 小结 241

参考文献 241

第15章 用于SOFC连接体的LaCrO3基钙钛矿 243

15.1 简介 243

15.2 烧结性质及与其他组分的化学相容性 243

15.3 电子电导率 245

15.4 缺陷化学和氧气电化学渗漏 247

15.5 还原和温度变化时的晶格膨胀 250

15.6 机械强度 250

15.7 小结 251

参考文献 251