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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SOFC33

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）MnO3133

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）O3137

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SOFC157

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SOFC175

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SOFC233

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