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新型质子导体陶瓷膜燃料电池
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马千里，彭冉冉，孟广耀
*
中国科技大学材料科学与工程系（230026）
*E-mail: mgym@ustc.edu.cn
摘 要：以甘氨酸法为制粉的主要手段，以干压法为主要成型方式，制得了以
Ni-BaCe
0.8
Gd
0.2
O
2.9
阳极支撑的，BaCe
0.8
Gd
0.2
O
2.9
薄膜电解质的燃料电池。以较少被研究氨
气作为燃料气体，测定了电池的性能。电池的开路电压非常接近理论值，功率密度在 700
o
C
时超过 300 毫瓦/平方厘米，具有很高的实用价值。研究表明电池的适用温度应在 650-700
o
C，
在 700
o
C以上，很可能有不可忽略的电子电导的出现。
关键词：燃料电池，质子导体，掺杂铈酸钡
1. 引言
陶瓷膜燃料电池具有高性能，低污染，对燃料适应性高等许多优点，目前正受到广泛的
关注。 虽然现有陶瓷膜燃料电池的电解质以稳定氧化锆（YSZ）和掺杂氧化铈（DCO）等
氧离子导体为主，但它们的应用仍存在一定问题。纯氢是最适合于这两种电解质的燃料，但
它价格很高，而且难于储存和运输。烃类燃料能弥补以上的不足，但它很容易使传统的 Ni
阳极发生积碳问题，而对非 Ni 阳极的研究目前还只能停留在实验室阶段。另外，YSZ，DCO
等氧离子导体在燃料电池运行时会在阳极产生水蒸气，这将很大程度上降低燃料的实际利用
率[1]，对于电池的运行非常不利。所以开发新的电解质一直是解决问题的方向之一。
铈酸钡基材料也因其高温下高的质子电导在 80 年代初问世以来[2]持续受到人们的关
注，由于它的载流子是质子而不象常用的 YSZ,DCO 等是氧离子，所以以它为电解质的燃料
电池将在阴极产生水蒸气，这对燃料电池的运行十分有益。不过它同样也存在燃料选择的问
题，除了氢气价格过高，难于储存和运输外，烃类燃料的积碳问题对它而言也同样存在。
氨是一种较少受到关注的燃料。它其实有很多氢气和烃类无法比拟的优点：第一，氨工
业是世界范围内的基础工业，成熟的制备工艺使得氨燃料有很好的价格优势。第二，氨很容
易液化，在室温下 10 大气压或者-33
o
C下一个大气压就可以转变为液态，液化后的氨有很高
的体积能量密度，非常有利于降低储藏和运输的成本。第三，氨较氢气和大多数烃类而言都
不易燃烧，而且由于其气味特殊，氨的泄漏也很容易被发现，所以氨燃料有较好的安全性。
第四，氨燃料的理论最终产物是氮气和水，没有CO
2
的生成，不排放温室气体，其清洁度可
与纯氢媲美。第五，氨燃料的所有电池反应产物都是气体，不存在积碳问题，这对于目前业
已很成熟的Ni阳极而言非常重要。
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本课题受到教育部博士点基金(20040358025)项目资助。
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