目前阳极材料的制备普遍采用固相法、水热合成法、共沉淀法和溶胶-凝胶法等。这些方法都存在一定的不足之处,近年来,随着低温合成技术的不断发展,研究人员探索将溶胶一凝胶法和自蔓延高温合成技术(SHS)结合在一起,同时兼顾溶胶一凝胶法和SHS的优点,制备高烧结活性、组分分散均匀的粉体,开发出了一种新型的化学合成方法--柠檬酸燃烧法。柠檬酸燃烧法制备NiO/Ce0.8Sm0.2O1.9 (简称NiO/SDC)粉体可以减少晶界电阻,并最终得到泡沫状,疏松表面活性大的纳米粉体。但是由于纳米颗粒粒度小、比表面积大、表面能大,处于能量不稳定状态,因而很容易凝并、团聚形成二次粒子,使粒子粒径变大,失去纳米颗粒所具备的特性,给NiO/SDC纳米粉体的制备和燃料电池性能带来负面影响。本课题采用改进的柠檬酸燃烧法解决NiO/SDC纳米粉体团聚问题,对实现无团聚纳米粉体制备具有积极的意义。本文讨论了前驱体溶液中柠檬酸与金属阳离子摩尔比(MRCM)大小对制备出的NiO/SDC粉体粒度和团聚状态影响:前驱体溶液中标志柠檬酸含量的MRCM分别取1.0、1.5和2.0,XRD结果显示MRCM=1.0时晶粒尺寸最小,NiO为7.1nm, SDC为5.04nm。MRCM=1.15时制备的NiO/SDC粉体,由DTA-TG结果可知360℃时干凝胶分解基本结束。XRD的结果表明点燃后没有出现Sm2O3的衍射峰,说明Sm3+已进入CeO2晶格形成固溶体。粉体点燃后的比表面积最大,达到29.508 m2/g,800℃焙烧后粉体比表面积为6.298 m2/g,随着焙烧温度上升粉末比表面积下降,这是由焙烧温度升高晶粒长大造成的。由TEM显示粉体呈规则球型,但是晶粒相互之间的团聚现象比较严重,这是因为晶粒尺寸小、表面活性高,容易发生团聚。采用柠檬酸燃烧法制备了Ni/SDC金属陶瓷,并对其结构、形貌、烧结性能和电导率等进行研究:还原后的Ni/SDC金属陶瓷孔隙率集中在20%至50%之间,满足燃料气体和产物水的扩散。由烧结收缩率曲线和热膨胀系数显示在不影响阳极性能的前提下,含NiO(wt%)45%-55%的NiO/SDC与SDC粉体共烧结时具有较好的匹配性能。Ni/SDC金属陶瓷电导率随Ni含量增加、测试温度下降而上升,烧结温度降低而下降。论文还通过向前驱体溶液中添加分散剂解决NiO/SDC粉体团聚现象,对不同分散机理的分散剂解聚效果进行比较:粒度分析结果表明在前驱体溶液中添加分散剂制备的NiO/SDC粉体团聚状况有了明显的改善,二次团聚被抑制。添加非离子型分散剂聚乙二醇6000的NiO/SDC粉体具有最好的分散效果,磷酸三乙酯和聚乙烯醇124次之。添加聚乙二醇6000的NiO/SDC粉体具有最小的体积平均粒径1.758μm,最大的比表面积6.44m2/g和最小的表面积平均粒径0.932μm。
第一章 绪论 15-26
    1.1 固体氧化物燃料电池的中低温化趋势 15-16
        1.1.1 固体氧化物燃料电池的中低温化优点及实现方法 15
        1.1.2 中低温固体氧化物燃料电池研究现状 15-16
    1.2 SOFC 阳极材料 16-21
        1.2.1 SOFC 阳极材料的发展状况 16-17
        1.2.2 阳极的导电机理 17-18
        1.2.3 阳极的组成和微结构 18-20
        1.2.4 粉体的制备方法 20-21
    1.3 柠檬酸燃烧法概述 21-23
        1.3.1 自蔓延高温合成 21
        1.3.2 自蔓延燃烧法 21-22
            1.3.2.1 柠檬酸燃烧法原理 22
            1.3.2.2 柠檬酸燃烧法优势 22
        1.3.3 柠檬酸燃烧法制备粉体的影响因素 22-23
            1.3.3.1 柠檬酸与金属阳离子摩尔比 22
            1.3.3.2 前驱体溶液pH 值 22-23
            1.3.3.3 前驱体溶液加水量 23
    1.4 粉体团聚问题及解决方法 23-25
        1.4.1 纳米粉体颗粒类型 23
        1.4.2 纳米粉体团聚原因 23-24
        1.4.3 粉体团聚控制措施 24
        1.4.4 表面改性方法机理 24
        1.4.5 使用表面改性方法解决柠檬酸燃烧法制备粉体的团聚问题 24-25
    1.5 本课题研究的主要内容及其意义 25-26
第二章 材料制备及性能测试方法 26-35
    2.1 NiO/SDC 粉体的制备 26-27
        2.1.1 柠檬酸燃烧法 26-27
        2.1.2 改进的柠檬酸燃烧法 27
    2.2 Ni/SDC 阳极的制备 27
    2.3 实验原料及设备 27-28
        2.3.1 实验主要原料 27-28
        2.3.2 主要仪器设备 28
    2.4 性能测试 28-35
        2.4.1 粉体的性能测试 28-31
            2.4.1.1 X 射线衍射分析 28-29
            2.4.1.2 透射电镜分析 29
            2.4.1.3 差热热重分析 29-30
            2.4.1.4 粉体粒度分析 30-31
            2.4.1.5 比表面分析 31
            2.4.1.6 压坯的密度 31
        2.4.2 烧结体的性能表征 31-35
            2.4.2.1 烧结体密度的测试-阿基米德排水法 31-32
            2.4.2.2 压坯烧结收缩率的测试 32
            2.4.2.3 烧结体显微结构分析 32-33
            2.4.2.4 烧结体电导率测试 33-34
            2.4.2.5 热膨胀系数(TEC)的测定 34-35
第三章 柠檬酸燃烧法制备 NiO/SDC 粉体影响因素研究 35-41
    3.1 引言 35
    3.2 实验过程 35
    3.3 结果与讨论 35-40
        3.3.1 X-射线衍射分析 35-36
        3.3.2 形貌分析 36-38
        3.3.3 粒径分布 38-39
        3.3.4 比表面积和表面积平均粒径 39-40
    3.4 本章小结 40-41
第四章 柠檬酸燃烧法制备Ni/SDC 金属陶瓷及其性能研究 41-61
    4.1 引言 41
    4.2 实验过程 41
    4.3 结果与讨论 41-59
        4.3.1 NiO/ SDC 粉体的特性 41-45
            4.3.1.1 差热-热重分析 41-42
            4.3.1.2 X-射线衍射分析 42-43
            4.3.1.3 比表面积和颗粒尺寸 43-44
            4.3.1.4 晶粒尺寸 44
            4.3.1.5 粒径分布 44-45
        4.3.2 Ni/SDC 金属陶瓷的烧结性能 45-50
            4.3.2.1 烧结体致密度 45-46
            4.3.2.2 烧结体孔隙率 46-47
            4.3.2.3 烧结体收缩率 47-49
            4.3.2.4 热膨胀系数 49-50
        4.3.3 微观结构 50-54
            4.3.3.1 透射电镜分析 50-52
            4.3.3.2 扫描电镜分析 52-54
        4.3.4 电学性能 54-59
            4.3.4.1 不同镍含量Ni/SDC 电导率 54-56
            4.3.4.2 不同烧结温度Ni/SDC 电导率 56-59
    4.4 本章小结 59-61
第五章 改进的柠檬酸燃烧法制备 NiO/SDC 粉体粒度和团聚的研究 61-65
    5.1 引言 61
    5.2 实验过程 61
        5.2.1 添加分散剂NiO/SDC 粉体的制备 61
        5.2.2 分散剂和实验仪器 61
    5.3 结果与讨论 61-64
        5.3.1 形貌分析 61-63
        5.3.2 粒径分布 63
        5.3.3 比表面积和表面积平均粒径 63-64
    5.4 本章小结 64-65
第六章 全文总结 65-67