致密的5%Al3+掺杂的SnP2O7-SnO2复合陶瓷在中温燃料电池中的应用

首先制备了未掺杂和5%(摩尔分数)Al³⁺掺杂SnO₂的多孔性基片, 然后将基片与85%的H₃PO₄在600℃下反应, 分别得到了致密的未掺杂和5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品. 采用X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)测试方法对样品进行了表征, 采用电化学阻抗谱法(EIS)测试了样品在中温(100-250℃)下, 湿润空气和湿润氢气气氛中的电导率. 结果表明, 在湿润空气和湿润氢气中, 5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品的电导率均高于未掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品的电导率, 且该复合陶瓷样品在湿润空气和湿润氢气中250℃下, 电导率分别达到最大值: 4.30×10^-2和6.25×10^-2 S·cm^-1, 高于至今报道的SnP₂O₇-SnO₂基复合陶瓷及SnP₂O₇基陶瓷在类似条件下的电导率. 以5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品(厚度: 1.45 mm)为电解质, 多孔性铂为电极组装成的氢气/空气燃料电池具有良好的中温电池性能, 175、200、250℃的最大输出功率密度分别为52.0、61.9、82.3 mW·cm^-2. 良好的中温电池性能与该复合陶瓷电解质较高的电导率和致密度及该燃料电池较低的界面极化电阻有关.