（材料物理与化学专业论文）层状结构la2nio4δ体系混合导体的化学合成、结构与性能研究.pdf

武汉理工大学博士学位论文 摘要 a 2 8 0 4 型l a 2 n i 0 4 体系化合物具有优良的氧离子传输性能和合适的热膨胀系数 ( 1 3 0 x 1 0 5 ( 。) ，很有希望成为中温固体氧化物燃料电池( s o f c ) 的新型阴极材料。本论文采 用氨基多羧酸配合物法合成l a 2 n i 0 4 + 6 体系材料，研究l a 2 n i 0 4 体系材料的结构和导电性 能随组成与制备工艺条件的变化规律，探讨l a 2 n i 0 4 + 6 体系材料的导电性能与晶体结构、显 微结构和电子结构的内在联系，其目的在于探索l a 2 n i 0 4 + 5 体系的新型化学合成方法和弄清 影响l a 2 n i o 。“体系材料导电性能的各种因素及其作用机理。 采用氨基多羧酸配合物法合成了l a 2 n i o 一+ 6 体系粉料，探讨了氨基多羧酸配合物前驱体 的热分解行为及合成产物的形成过程，研究了合成条件对合成粉料的晶体结构和显微形态的 影响。结果表明，以二乙三氨五乙酸( h 5 d t p a ) 为络合剂，金属阳离子与h 5 d t p a 的摩尔比 为3 ：1 7 时可获得单一k z n i f 4 相的l a 2 n i 0 4 + 6 超细粉料；非晶态氨基多羧酸配合物前驱体中 h 5 d t p a 与金属阳离子形成双齿配位结构；在氨基多羧酸配合物前驱体的热处理过程中， 7 0 0 ( 2 时开始形成k 2 n i f 4 结构的物相，但同时还存在少量的杂相，在9 0 0 , - - 9 5 0 。c 下热处理后 形成单一k 2 n i f 4 结构的合成产物。在合成温度较低( 9 0 0 9 5 0 c ) 和合成时间较短( - 2 h ) 的条件 下，合成出具有单一k 2 n i f 4 结构的l a 2 n i 0 4 + 5 体系超细粉料，解决了l a 2 n i 0 4 q 体系合成困 难的问题。 采用常规固相烧结法制备了l a 2 n i 0 4 + 5 体系陶瓷，研究了烧结温度对材料的结构和导电 性能的影响。结果表明，烧结温度对l a 2 n i o 一+ s 体系陶瓷的显微结构和实际化学计量产生明 显的影响，合理控制l a 2 n i o 。+ 6 体系陶瓷的烧结温度对于获得优良的导电性能具有重要作用。 根据导电性能的研究结果，确定l a 2 n i 0 4 + 5 陶瓷的最佳烧结温度为1 3 0 0 c 。l a 2 n i 0 4 + 5 陶瓷 总电导率的最大值达到1 0 2 9 s c m ，在中温范围内( 6 0 0 - - 8 0 0 x 2 ) 的总电导率为7 5 5 - 9 5 3 s - c m ，明显优于传统固相法制备l a 2 n i 0 4 “陶瓷的导电性能，体现出氨基多羧酸配合物法 在制各l a 2 n i 0 4 + 5 材料方面的优越性。 研究了s 一+ 的a 位取代对l a 2 n i 0 4 + 5 结构与导电性能的影响。l a 2 ；s r x n i 0 4 议x o1 o 3 ) 体系材料具有四方结构( 空间群为1 4 m m m ) 。对于【n i 0 6 】八面体结构，s p 的引入引起n i o l 键( 对应于a b 轴平面) 和n i 0 2 键( 沿c 轴方向) 的键长降低，n i 0 2 键与n i o l 键的键长比降低， 表明 n i 0 6 】八面体结构的对称性增强。在岩盐层中，s r 2 + 取代部分l f + 使得沿c 轴方向的 l a s r - 0 2 ( 1 ) 键的键长增大，表明岩盐层的层间距增大。s p 的a 位取代引起l a 2 n i 0 4 + 6 的非 化学计量氧含量( 6 ) 降低，n i 3 + 的相对含量增加。在l a 2 一。s r x n i 0 4 + 5 ( x = 0 - o 3 ) 体系陶瓷中，s r 2 + 含量的增加显著提高了材料的总电导率水平，在x = 0 2 时材料总电导率水平达到最佳。与 s 一+ 含量较低的组成相比，在1 5 5 0 下烧结的l a l7 s r o3 n i 0 4 + 6 陶瓷在高温段总电导率随温度 的变化比较平缓，在高温段仍然保持较高的总电导率。在6 0 0 8 0 0 。c 温度范围内，在1 5 0 0 。c 下烧结的l a l8 s r o 2 n i 0 4 + 6 陶瓷和在1 5 5 0 。c 下烧结的l 8 l7 s r o3 n i 0 4 + 5 陶瓷的总电导率分别为 9 5 9 - 1 1 4 2sc m “和1 0 1 7 - 1 0 7 0 s - c m ，基本达到对中温s o f c 阴极材料导电性能的基本要 武汉理工大学博士学位论文 求( 1 0 0s c m 。) 。但是，s r ”的a 位取代使l a 2 n i 0 4 + 8 材料的烧结温度显著提高，其烧结温度 达到1 5 0 0 以上。 研究了c o 离子的b 位取代对l a 2 n i 0 4 + 6 结构与导电性能的影响。c o 离子的b 位取代 有利于改善l a 2 n i 0 4 + 6 材料的烧结性能，陶瓷样品的显微结构特征随c o 含量的变化不明显。 l a 2 n i i - y c o ，0 4 + 5 ( y = 0 0 2 ) 体系材料具有正交结构( 空间群为f m m m ) 。c o 离子在b 位的固溶引 起 b 0 6 八面体结构中n i c o o l 键( 对应于a b 轴平面) 的键长增大，在岩盐层中沿c 轴方向的 l a 0 2 键的键长增大，表明岩盐层的层间距增大。在l a z n i i - y c o ，0 4 + 5 ( y = 0 - - 02 ) c o ，c o 离子主 要以高价态的c 0 3 + 和c 0 4 + 形式存在，对n i 2 + 向n ，转化有抑制作用，使n i ”的相对含量降 低。c o 离子的b 位取代提高了l a 2 n i 0 4 + 5 的非化学计量氧含量( 6 ) 。在b 位引入c o 离子使 l a 2 n i 0 4 + 5 总电导率的峰值温度向高温方向移动，在高温段材料的总电导率随温度的变化趋 于平缓，而且这种总电导率平缓变化的程度随c o 含量的增加而变得更加明显，但c o 离子 的引入也使材料总电导率的水平出现明显降低。c o 离子的b 位取代改善了l a 2 n i 0 4 + 5 的氧 离子导电性能，这主要与晶体结构中岩盐层的层间距离增大和非化学计量氧含量( 6 ) 增加有 关。 研究s r 2 + 、c o 离子或c u 离子的a 、b 位复合取代对l a 2 n i 0 4 + 5 结构与导电性能的影响。 研究结果表明，双位复合取代l a 2 n i 0 4 + 5 材料的结构和性能取决于a 、b 位取代离子的协同 作用。与l a 2 n i o9 c o o l 0 4 陶瓷相比，在1 4 5 0 c 下烧结的l a l9 s r o l n i 0 9 c o o l 0 4 陶瓷的总电 导率水平有明显提高，在6 0 0 - - 8 0 0 温度范围内其总电导率为8 5 9 9 14 s c m 一，接近对中温 s o f c 阴极材料导电性能的基本要求。与低s r “、c o 离子含量的l a i9 s r o l n i 09 c o o l 0 4 + 5 陶瓷 相比，进一步提高s r 2 + 和( 或) c o 离子的含量均使材料的导电性能出现比较明显的降低。在 l a l9 s r 0 1 n i o9 c u o l 0 4 + 6 陶瓷中，c u 离子的引入有利于改善材料的烧结性能，但低s p 、c u 离子含量的双位复合取代未能明显改善材料在高温段的导电性能。l a l9 s r 01 n i o9 c o o1 0 4 + 6 和 l a l9 s r o l n i o9 c u o l 0 4 + 5 陶瓷样品在高温段导电特性的差异主要与材料中c o 和c u 离子在电子 结构上的差异有关。 关键词：l a 2 n i 0 4 “体系：氨基多羧酸配合物；k 2 n i f 4 结构；结构；导电性能 武汉理工大学博士学位论文 a b s t r a c t r e c e n t l y , o x y g e nh y p e r s t o i c h i o m e t r i cl a 2 n i 0 4 + 6b a s e dc o m p o u n d sw i t hak 2 n i f 4s t r u c t u r e h a v ea t t r a c t e dg r o w i n ga t t e n t i o na san o v e lm i x e de l e c t r o n i c i o n i cc o n d u c t o r t h e s em a t e r i a l s e x h i b i th i g ho x y g e nd i f f u s i o na n ds u r f a c ee x c h a n g ec o e f f i c i e n t sa ti n t e r m e d i a t et e m p e r a t u r e s ( 6 0 0 8 0 0 c ) t o g e t h e r w i t h m o d e r a t e t h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t sa r o u n d1 3 0 1 0 k 一m a k i n g t h e map r o m i s i n gc a n d i d a t em a t e r i a lf o rc a t h o d eo fi n t e r m e d i a t et e m p e r a t u r es o l i do x i d ef u e l c e l l s ( s o f c s ) i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，ap o l y a m i n o c a r b o x y l a t ec o m p l e xm e t h o dh a sb e e nd e v e l o p e d t os y n t h e s i sl a 2 n i 0 4 + 5b a s e dc o m p o u n d s t h ei n f l u e n c eo f c o m p o s i t i o na n ds i n t e r i n gc o n d i t i o no n t h e s l r u c t u r ea n dm i x e dc o n d u c t i n gp r o p e r t i e so ft h er e s u l t i n gl a 2 n i 0 4 + 5b a s e dc e r a m i c sh a v e b e e ni n v e s t i g a t e d t h ec o n t r i b u t i o no fc h a n g ei nc r y s t a ls t r u c t u r e ，m i c r o s t r u c t u r ea n de l e c t r o n i c s t r u c t u r et ot h em i x e dc o n d u c t i n gp r o p e r t i e so f l a 2 n i 0 4 + 6b a s e dc e r a m i c sh a sb e e ne x a m i n e d l a 2 n i 0 4 + 6b a s e dc o m p o u n d sw i t hap u r ek 2 n i f 4p h a s eh a v e b e e nd e r i v e df r o ma p o l y a m i n o c a r b o x y l a t ec o m p l e xp r e c u r s o rw i t hd i e t h y l e n e t r i a m i n e p e n t a a c e t i ca c i dm 5 d t p a ) a s l i g a n d t h et h e r m a ld e c o m p o s i t i o nb e h a v i o ro ft h ep o l y a m i n o c a r b o x y l a t ec o m p l e xp r e c u i s o ra n d t h ef o r m a t i o np r o c e s so ft h ed e s k e dp r o d u c tw e r ei n v e s t i g a t e d i th a sb e e nf o u n dt h a tt h em o l e r a t i oo ft o t a lm e t a lc a t i o nt oh s d t p aa n dc a l c i n i n gt e m p e r a t u r ep l a yad e t e r m i n a n tr o l eo nt h e p h a s ed e v e l o p m e n ta n dm o r p h o l o g yo f t h er e s u l t i n gp o w d e r s am o l er a t i oo f t o t a lm e t a lc a t i o nt o h s d t p ao f 3 ：1 7w a sd e t e r m i n e dt ob em o d e r a t ei ns y n t h e s i z i n gl a 2 n i 0 4 + 6b a s e dc o m p o u n d s a b i d e n t a t ec o o r d i n a t i o no ft h e c a r b o x y l a t eg r o u p st o m e t a l l i cc a t i o n sw a sc e r t i f i e d f o r t h e a m o r p h o u sp o l y a m i n o c a r b o x y l a t ec o m p l e xp r e c u r s o r t h ek 2 n i f 4p h a s ea p p e a r e di na d d i t i o nt o s m a l la m o u n t so fi n t e r m e d i a t ep h a s e sa f t e rc a l c i n i n gt h ep r e c u r s o ra t7 0 0 f i n ea n du n i f o r m p o w d e r s ( 1 0 0 2 0 0m n ) w i t h a p u r ek 2 n i f 4p h a s e c a l lb eo b t a i n e d b yc a l c i n i n g t h e p o l y a m i n o c a r b o x y l a t ec o m p l e xp r e c u r s o ra t9 0 0 9 5 0 f o r2 hi na i r , p r o v i d i n ga na d v a n t a g e o u s a l t e r n a t i v et ot h ec o n v e n t i o n a ls o l i ds t a t er e a c t i o nr o u t ei n s y n t h e s i z i n gl a 2 n i 0 4 + 6b a s e d c o m p o u n d s t h ei n f l u e n c eo fs i n t e r i n gt e m p e r a t u r eo nt h es t r u c t u r ea n dm i x e dc o n d u c t i n gp r o p e r t i e so f t h e r e s u l t i n gl a 2 n i 0 4 + 5b a s e dc e r a m i c sw a si n v e s t i g a t e d i th a sb e e np r o v e dt h a tt h em i c r o s t r u c t u r a l e v o l u t i o na n ds t o i c h i o m e t r i c a lc h a n g eo ft h es p e c i m e n sd u r i n gs i n t e r i n ga r er e s p o n s i b l ef o r t h e v a r i a t i o ni nt h em i x e dc o n d u c t i n gp r o p e r t i e sw i t hs i n t e r i n gt e m p e r a t u r e t h e r e f o r e ，a d e q u a t e l y c o n t r o l i n gs i n t e r i n gt e m p e r a t u r ew a sc o n s i d e r e dt ob ec r u c i a li no r d e rt oa c h i e v ed e s i r e dm i x e d c o n d u c t i n gp r o p e r t i e s w i t hr e s p e c tt ot h em i x e dc o n d u c t i n gp r o p e r t i e s ，t h ep r e f e r r e ds i n t e r i n g t e m p e r a t u r ew a sa s c e r t a i n e dt ob e1 3 0 0 f o rl a 2 n i 0 4 十5 l a 2 n i 0 4 + sc e r a m i cs i n t e r e da t1 3 0 0 g i y e sam a x i m m ne l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo f1 0 2 9s c m 。a t4 5 0 a n de l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t i e so f 7 5 5 9 5 3s c m “a t6 0 0 - 8 0 0 w h i c ha r eo b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h o s eo ft h es p e c i m e nm a d eb yt h e t i t 武汉理工大学博士学位论文 c o n v e n t i o n a ls o l i ds t a t er e a c t i o n t h i sd e m o n s t r a t e st h ea d v a n t a g eo f p o l y a m i n o c a r b o x y l a t ec o m p l e x m e t h o di ni m p r o v i n gt h em i x e dc o n d u c t i n gp r o p e r t i e so f l a 2 n i 0 4 + sb a s e dm a t e r i a l s t h ei n f l u e n c eo fa s i t es u b s t i t u t i o no fs p * o nt h es t r u c t u r ea n dm i x e dc o n d u c t i n g p r o p e a i e so f l 8 2 n i 0 4 c e r a m i cw a si n v e s t i g a t e d r i e t v e l d r e f i n e m e n to ft h ec r y s t a ls t r u c t u r er e v e a l st h a t l a 2 。s r x n i 0 4 + 6 ( x - - 0 1 - o3 ) c e r a m i c sh a v eat e t r a g o n a ls t r u c t u r ew i t h1 4 m m ms p a c eg r o u p s r z + s u b s t i t u t i o na tt h eas i 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c a lc o n d u c t i v i t ya t4 0 0 c o m p a r e dw i t ht h es p e c i m e n sw i t hr e l a t i v el o w e rs 一+ c o n t e n t s ， l a s r o3 n i 0 4 + 5c e r a m i cs i n l e r e da t1 5 5 0 p r e s e n t sar a t h e rf i a tv a r i a t i o ni ne l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y w i t hm e a s u r i n gt e m p e r a t u r eb e t w e e n6 0 0 8 0 0 ，m a i n t a i n i n gr e l a t i v e l yh i 曲e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y v a l u e si nt h i st e m p e r a t u r er a n g e l a ls s r 02 n i o a + 5c e r a m i cs i n t e r e da t1 5 0 0 a n dl a l7 s r 03 n i 0 4 c e r a m i cs i n t e r e da t1 5 5 0 c a nm e e tt h el e a s tr e q u i r e m e n ti ne l e c l r i c a lc o n d u c t i v i t y ( - 1 0 0s c m l ) f o rac a t h o d em a t e r i a lo fi n t e r m e d i a t et e m p e r a t u r es o f c s ，s h o w i n ge l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t i e so f 9 5 9 11 4 2s - c m a n d1 0 1 7 1 0 7 0s c m a t6 0 0 8 0 0 r e s p e c t i v e l y h o w e v e r 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n da l o n gt h eca x i s m o r e o v e r , i tw a sd e t e c t e dt h a tt h eo x y g e nn o n s t o i c h i o m e t r y ( 6 ) b e c a m el a r g e rw i t hi n c r e a s i n gc oc o n t e n t t h er e s u l to fx r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y ( x p s ) i n d i c a t e st h a tc om a i n l ye x i s t si nt h eh i 曲 v a l u e ss t a t e ss u c ha sc o ”a n dc o “i nl a 2 n i o 8 c o o2 0 4 + 6a l o n gw i t har e l a t i v e l ys m a l l e ra m o u n to f c 0 2 + t h ep r e s e n c eo fc 0 3 + a n dc 0 4 + r e s t r a i n st h eo x i d i z a t i o no fn i 2 + t on i 3 + i nl a 2 n i l y c o v 0 4 + 5 c e r a m i c s ，l e a d i n gt oar e d u c t i o no f n i ”c o n t e n t t h ec o s u b s t i t u t i o nb r o t i g l l ta b o u tas h i f to f t h e t e m p e r a t u r ef o rt h ee l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t ym a x i m u m t oh i g h e rt e m p e r a t u r ed i r e c t i o na n dad e c l i n e o fe l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t i e st h e r ei sam o d i f i c a t i o no ft h eo x y g e ni o n i cc o n d u c t i n gp r o p e r t i e sw i t h t 1 1 ei n t r o d u c t i o no fc oi n t ot h el a t t i c e w h i c hi sa t t r i b u t e dt ot h ei n c r e a s e dd i s t a n c eb e t w e e nl a 2 0 2 r o c k - s a l tl a y e r sa n do x y g e nn o n s t o i c h i o m e t r y ( 6 ) i v 武汉理工大学博士学位论文 t h ei n f l u e n c eo fd u e l s u b s t i t u t i o no fs ，+ a tt h ea s i t ea n dc oo rc ua tt h eb s i t eo nt h e s t r u c t u r ea n dm i x e dc o n d u c t i n g p r o p e r t i e s o fl a 2 n i 0 4 + 5c e r a m i cw a si n v e s t i g a t e d i tw a s a s c e r t a i n e dt h a tt h ev a r i a t i o no ft h es t r u c t u r ea n dm i x e dc o n d u c t i n gp r o p e r t i e so ft h es p e c i m e n s w i t ht h ed u e ls u b s t i t u t i o nd e p e n d so nt h e j o i n tc o n t r i b u t i o no f t h es u b s t i t u e n t sa tt h et w os t r u c t u r a l s i t e s c o m p a r e dw i t hl a 2 n i o9 c 0 01 0 4 + 6c o m p o s i t i o n ，l a l9 s r 0 , n i 0 9 c 0 0j 0 4 艄c e r a m i cs i n t e r e da t 1 4 5 0 e x h i b i t ss u p e r i o re l e c t r i c a lc o n d u c t i n gp r o p e r t i e s ，p r o v i d i n ge l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t i e so f 8 5 9 9 1 4s c m a t6 0 0 8 0 0 r o u g h l yn e a rt ot h el e a s tr e q u i r e m e n ti ne l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y ( 1 0 0s c m 。) f o rac a t h o d em a t e r i a l o fi n t e r m e d i a t e t e m p e r a t u r es o f c s c o m p a r i n gw i t h l a l9 s r 01 n i o9 c o o 1 0 4 h ，f u r t h e ri n c r e a s i n gt h ec o n t e n to fs d + a n d o rc og a v er i s e t oa d e g r a d a t i o no fe l e c t r i c a lc o n d u c t i n gp r o p e r t i e s i nt h ec a s eo fl a l9 5 1 0l n i o9 c u o1 0 4 + 6c e r a m i c ，t h e c us u b s t i t u t i o na tt h eb s i t ei m p r o v e st h es i n t e r i n gp r o p e r t yi nc o m p a r i s o nw i t hl a l9 s r oi n i 0 4 + w h e r e a sn or e m a r k a b l em o d i f i c a t i o no fe l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yw i t ht h es d + s u b s t i t u t i o nw a s y i e l d e dc o m p a r e dw i t hl a 2 n i o 9 c u oi 0 4 + 6 t h ed i s c r e p a n c yi nt h ev a r i a t i o nt r e n do ft h ee l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t yw i t hm e a s u r i n gt e m p e r a t u r ea t6 0 0 8 0 0 b e t w e e nl a l g s r ol n i 0 9 c o o ，0 4 + sa n d l a l9 s r o i n i o9 c u o l 0 4 + 6c e r a m i c s w a ss u g g e s t e d t ob ec a u s e db y t h ed i f f e r e n c e i nv a l u es t a t eo f t h e t w ob s i t es u b s t i t u e n t s k e y w o r d s ：l a 2 n i 0 4 + 5b a s e dc o m p o u n d s ；p o l y a m i n o c a r b o x y l a t ec o m p l e xm e t h o d ；k 2 n i f 4 s t r u c t u r e ；s t r u c t u r e ；m i x e dc o n d u c t i n gp r o p e r t i e s v 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名 昏肾嗍：耳睢 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：蠢二午 导师签名：缎日期：j 壁正 武汉理工大学博士学位论文 1 1 固体氧化物燃料电池 第一章绪论 燃料电池( f u e l c e l l ，f c ) 是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有高 效率、零污染、无噪声等特点【l 叫。它可以为民用、商业、军事和交通运输等提供高质量的 电源。这一技术的成功应用对于缓解能源危机、满足对电力供应数量和质量的需求、保护生 态环境和保障国家安全具有重大意义【4 i 。 2 0 世纪9 0 年代初，位于加拿大温哥华的b a l l a r d 集团公司在燃料电池开发研究方面取得了 一系列技术突破，迅速带动了世界性的研究开发热潮pj 。根据所使用的电解质种类的不同， 可以将目前正在研究的燃料电池分为：碱性燃料电池( a l k a l i n ef u e lc e l l ，a f c ) 、磷酸燃料电 池( p h o s p h o r i ca c i df u e lc e l l ，p a f c ) 、熔融碳酸盐燃料电池( m o l t e nc a r b o n a t ef u e lc e l l ， m c f c ) 、固体氧化物燃料电池( s o l i do x i d ef u e lc e l l ，s o f c ) 和质子交换膜燃料电池( p r o t o n e x c h a n g em e m b r a n ef u e lc e l l ，p e m f c ) 。其中，固体氧化物燃料电池( s o f c ) ，被誉为“第四 代燃料电池”，具有其它种类燃料电池所不及的优点，如能量转化效率最高、燃料适应性最 强、全固态模块结构适于各种功率的装置、应用方便( 分散式电源、固定电站和移动能源) 等， 被国际上公认为2 1 世纪绿色能源1 6 i 。 目前s o f c 的开发研究和商业化，被认为是解决目前世界能源短缺和环境污染的重要探 索，受到了世界各国的普遍重视，特别是美国、日本、欧洲、韩国等，每年总投入大约有1 亿美元i ，l 。以燃料电池为目标的科技开发型公司和研究所也如雨后春笋般出现，多家国际知 名的从事s o f c 研制的公司，纷纷推出了示范装置，形成了兆瓦级的中试生产能力。在世界 范围内，各种相关鼓励s o f c 快速发展的科技政策也陆续出台。我国国家自然科学基金、科 技部“8 6 3 ”、“9 7 3 ”计划在能源领域和新材料领域也对s o f c 及其关键材料也给予大力支持。 因此，s o f c 的研究与开发具有广阔的发展前景一l 。 就目前的状况而言，s o f c 技术在性能、寿命和成本上还没有达到商业化应用的要求， 存在着一些亟待解决的问题，如电极材料、制造成本、操作温度过高等。以l a l x s r x m n 0 3 ( l s m ) 为阴极、以y 2 0 3 稳定z r 0 2 ( y s z ) 为电解质的s o f c 是一种被普遍采用的高温型s o f c 系统。该 高温型s o f c 受y s z 离子电导率较低的限制，需要在8 0 0 1 0 0 0 c 左右的高温下运行，这增加 了在电池和系统配套材料的选择及制备上的困难，增大了系统的运行成本，并带来了长期运 行稳定性等工程问题，限制了高温s o f c 的进一步发展和应用。若能使s o f c 的运行温度降低 到6 0 0 8 0 0 ，不仅可以选用廉价的材料，提高电池稳定性，延长电池寿命，更重要的是有 利于s o f c 的规模化和民用化1 1 。另外，目前s o f c 还面临着造价太高的难题。西门子西屋 公司生产的新型s o f c 电池堆的造价高达1o 1 0 4 美元，k w ，它必须降价n 3 0 0 0 美元k w 才具 有商业竞争力i l l i 。 武汉理工大学博士学位论文 将运行温度降至中温范围( 6 0 0 8 0 0