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山东理工大学李蛟&孙海滨Int. J. Hydrogen Energy:中温固体氧化物燃料电池阴极材料Bi1-xSrxFeO3-δ纳米纤维的合成和表征
2020/8/6 13:28:56 易丝帮

DOI:10.1016/j.ijhydene.2020.07.152

采用静电纺丝技术制备了Bi1-xSrxFeO3-δ(BSFO,x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)纳米纤维,并评估了其作为中温固体氧化物燃料电池阴极的性能。随着Sr掺杂量的增加,晶体结构由菱形变为立方体,纤维平均直径从150nm减小到119nm。当x=0.3时,BSFO纳米纤维的极化电阻最低(650℃时为0.137Ωcm2,700℃时为0.061Ωcm2),比相同组成的BSFO纳米粉末(650℃时为0.771Ωcm2,700℃时为0.282Ωcm2)小75%以上。以湿氢(3wt%)为燃料,含BSFO纳米纤维阴极的单电池在700℃时的最大功率密度高达663.81 mW cm-2。事实证明,元素掺杂和微结构优化相结合是开发IT-SOFCs高性能阴极的有效途径。

 

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图1.通过静电纺丝法制备的BSFO纳米纤维阴极示意图。


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图2.(a)在600℃下煅烧的Sr含量不同的Bi1-xSrxFeO3-δ纳米纤维的X射线衍射图。(b)部分放大的X射线衍射图,2θ=30°〜42°;(c)Bi0.7Sr0.3FeO3-δ纳米纤维的Rietveld精细化结果;(d)BSFO(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)样品的O 1s XPS光谱。


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图3.(a)电纺Bi0.7Sr0.3FeO3-δ前体和(b)〜(f)Bi1-xSrxFeO3-δ(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)纳米纤维经600℃煅烧后的SEM图。


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图4.分别为Bi0.7Sr0.3FeO3-δ纳米纤维和Bi0.7Sr0.3FeO3-δ纳米粉末阴极的(a,c)表面和(b,d)截面形态的SEM图像。


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图5.(a)-(c)Bi1-xSrxFeO3-δ纳米纤维阴极在600、650和700℃的空气气氛中的拟合EIS;(d)Bi0.7Sr0.3FeO3-δ纳米纤维和纳米粉末在700℃的空气气氛中的拟合EIS。


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图6.(a)Bi1-xSrxFeO3-δ纳米纤维阴极,(b)Bi0.7Sr0.3FeO3-δ纳米纤维和纳米粉末阴极的Arrhenius曲线。


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图7.(a)NiO-SDC|SDC|BSFO阳极支撑的单电池的截面形态SEM图像。(b)Bi0.7Sr0.3FeO3-δ纳米纤维和纳米粉末在700℃下测得的I-V和I-P曲线;(c)NiO-SDC|SDC|BSFO阳极支撑的单电池的I-V和I-P曲线,测量温度为600〜700℃;(d)NiO-SDC|SDC|BSFO阳极支撑的单电池的拟合EIS。


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图8.(a)BSFO纳米纤维阴极的稳定性测试;(b)稳定性试验后的纳米纤维阴极的横截面和表面SEM图像。


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