LaNi0.6Fe0.4O3阴极接触材料导电特性调控及其对SOFC电化学性能的影响

鉴于平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆对低面电阻、高稳定性阴极接触材料的需求,本研究阐明了LaNi_0.6Fe_0.4O₃(LNF)颗粒尺寸调控对导电和SOFC单电池性能演变的影响机制,优化了LNF预处理工艺,降低了接触组件面电阻,提升了SOFC单电池性能及热循环稳定性。结果表明：预压造粒的样品(LNF-2)与高温烧结预处理的样品(LNF-3)的面电阻更小,分别为0.074和0.076?·cm²;在750℃施加1 A/cm²电流负载后,能够更快地进入稳态,并保持颗粒尺寸稳定。其中,LNF-2单电池在750℃下的峰值功率密度0.94 W/cm²较未处理的LNF的0.66 W/cm²高,但在热循环过程中性能衰减较大,下降了20%;而LNF-3单电池在20次热循环后峰值功率密度仅下降了4%。本研究对高可靠SOFC电堆装配及其长寿命稳定运行具有指导及参考价值。     

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-Ce0.9Gd0.1O2-δ中低温固体氧化物燃料电池复相阴极的研究

采用溶胶-凝胶法制备Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(BSCF)粉体后, 使用Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ(GDC)溶胶包裹BSCF粉的方法制备疏松多孔的BSCF-xGDC(x=30wt%, 40wt%, 50wt%)复相阴极。通过X射线衍射仪、场发射扫描电镜和透射电镜对复相阴极的物相组成、单电池断面形貌及GDC对BSCF颗粒的包裹形貌进行表征。利用阻抗谱测试研究了复相阴极材料的电化学性能, 讨论了掺入GDC量对阴极性能的影响。结果表明：通过GDC溶胶包裹BSCF粉体的制备方法改善了阴极的电化学性能, 在同一温度下, BSCF-40GDC阴极的极化电阻最小, 在650℃时阴极极化阻抗约为0.397 Ω•cm²; 以BSCF-40GDC为阴极制备的单电池, 以H₂+3%H₂O为燃料气、空气为氧化气体, 650℃下电池的最大功率密度为0.514 W/cm², 欧姆电阻为0.257 Ω•cm², 两极极化电阻为0.0588 Ω•cm²。     

基于Pr0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ对称固体氧化物燃料电池的性能优化研究

采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法分别合成了Pr_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(PSCF)和Gd_0.2Ce_0.8O_2-δ(GDC)粉体, 高温固相法合成La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ(LSGM)电解质粉体。以LSGM为电解质, PSCF同时作为阴极和阳极, GDC作为功能层材料, 构建了对称固体氧化物燃料电池PSCF│GDC│LSGM│GDC│PSCF。利用X射线衍射法研究材料的成相以及相互间的化学稳定性, 交流阻抗法记录界面极化行为, 用扫描电子显微镜观察电池的断面微结构, 用自组装的测试系统评价电池输出性能。结果表明, 合成的PSCF粉体呈立方钙钛矿结构, 具有良好的氧化-还原可逆性。使用GDC功能层明显改善了氢气环境下PSCF与LSGM材料间的化学相容性以及电池的输出性能, 800℃时, 电极│电解质界面极化电阻从6.892 Ω·cm²下降到0.314 Ω·cm²; 以加湿H₂(含体积分数3%的水蒸气)为燃料气, 空气为氧化气时, 单电池输出功率密度由269 mW/cm²增大至463 mW/cm²。研究结果显示, PSCF是对称固体氧化物燃料电池良好的候选电极材料, GDC功能层对改善电池长期稳定性能具有潜在的应用价值。     

中温固体氧化物燃料电池的高熵双钙钛矿阴极材料:兼容性与活性研究（英文）

中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)有助于国家的碳中和战略,但其阴极材料难以兼顾热兼容性和催化活性。为此,基于多元素耦合的高熵策略,本研究合成了高熵阴极材料GdBa(Fe_0.2Mn_0.2Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2)₂O_5+δ(HE-GBO),具有双过氧化物结构,与Gd_0.1Ce_0.9O_2-δ(GDC)有良好的化学兼容性,协调了与催化活性之间的平衡性。采用HE-GBO阴极的对称电池在800℃下的极化电阻(R_p)为1.68?·cm²,而HE-GBO-GDC(质量比7:3)复合阴极的R_p因引入GDC而显著降低(800℃下R_p为0.23?·cm²)。采用HE-GBO和HE-GBO-GDC阴极组装树枝状微通道阳极支撑单电池,在800℃的最大功率密度分别达到972....     

掺杂Mg对纳米CoFe2O4/SiO2复合薄膜结构和磁性的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法制备了纳米Co_1-xMg _xFe₂O₄/SiO₂(x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8) 复合薄膜。利用XRD、SEM、原子力显微镜、振动样品磁强计对薄膜的结构、形貌和磁性进行了分析, 研究了Mg²⁺含量对样品结构和磁性的影响。结果表明, 样品中Co_1-xMg _xFe₂O₄具有尖晶石结构, 晶粒尺寸在38~46 nm之间。随着Mg²⁺含量的增加, Co_1-xMg _xFe₂O₄的晶格常数减小, 样品的饱和磁化强度减小, 矫顽力先增大后减小。样品Co_0.4Mg_0.6Fe₂O₄/SiO₂垂直和平行膜面的矫顽力分别为350.7 kA·m^-1和279.4 kA·m^-1, 剩磁比分别为67.2%和53.9%, Co_1-xMg _xFe₂O₄/SiO₂复合薄膜具有较明显的垂直磁各向异性。     

Al2O3包覆Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2富锂正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法制备了Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂锰基正极材料,用均匀沉淀法对其进行不同比例Al₂O₃的表面包覆改性,并对其进行XRD、TEM表征和电化学性能分析。结果表明,包覆后的材料保持了原来的层状结构,Al₂O₃均匀地包覆在材料颗粒表面形成纳米级包覆层。在0.1C、2.0~4.8 V条件下Al₂O₃包覆量(质量分数)为0.7%的正极材料首次放电容量为251.3 mAh/g,首次库仑效率达到76.1%,100次循环后容量保持率达92.9%。包覆Al₂O₃抑制了循环过程中的电压衰减,适量的Al₂O₃包覆使正极材料的电化学性能提高。     

Bi2O3助熔剂对CaO-B2O3-SiO2/Al2O3玻璃陶瓷复合材料性能的影响

以CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)玻璃粉体和Al₂O₃陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al₂O₃的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi₂O₃作为烧结助熔剂,探讨了Bi₂O₃助熔剂对CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi₂O₃助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al₂O₃复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al₂O₃复合材料.然而,过量添加Bi₂O₃将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi₂O₃的添加量为CBS/Al₂O₃复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al₂O₃复合材料,密度为2.82 g·cm^-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10^-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10^-6 K^-1.     

Ni0.5Co0.5Fe2O4铁氧体/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

采用水热法合成Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体,并应用于氰酸酯-环氧树脂（CE-EP）复合材料的增韧改性,研究Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体对CE-EP固化反应、力学性能及热稳定性的影响。XRD和SEM结果表明,所合成的Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体结晶性好、纯净、呈块状,粒径约为20 nm。性能研究表明,Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体的加入对CE和EP间的固化反应速度影响不大,且不会改变树脂基体的固化反应机制。与纯CE-EP树脂体系相比,Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体/CE-EP复合材料在保持CE-EP玻璃化转变温度（T_g）的基础上明显改善了其韧性,当Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体质量分数为3wt%时,其冲击强度和弯曲强度达到最大值,较纯CE-EP树脂基体分别提高了65%和30.3%;但其热分解温度略有降低,可能是由于Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体对CE-EP树脂基体高温分解的催化作用造成的。      

α籽晶促进低温反应溅射沉积α-Al2O3薄膜

分别使用反应溅射Al+α-Al₂O₃(15% α-Al₂O₃,质量分数)复合靶和在金箔基体表面预植α-Al₂O₃籽晶,促进α-Al₂O₃薄膜的低温沉积。使用扫描电子显微镜(SEM)、掠入射X射线衍射(GIXRD)和能谱仪(EDS)等方法表征薄膜样品的表面形貌、相结构和元素组成。结果表明,在射频反应溅射Al+α-Al₂O₃复合靶、沉积温度为560℃条件下能在Si(100)基体上沉积出化学计量比的单相α-Al₂O₃薄膜;使用射频反应溅射Al靶、沉积温度为500℃条件下能在预植α-Al₂O₃籽晶(籽晶密度为10⁶/cm²)的金箔表面沉积出化学计量比的单相α-Al₂O₃薄膜。两种研究方案的结果均表明,α-Al₂O₃籽晶能促进低温沉积单相α-Al₂O₃薄膜。     

高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的锂离子导体Li3PO4的包覆改性及电化学性能研究

采用典型的溶胶-凝胶法,在高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极颗粒表面包覆不同含量的Li₃PO₄锂离子导体。利用X射线衍射仪,扫描电镜对Li₃PO₄包覆前后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂样品的晶体结构和微观形貌进行分析。结果表明,合成材料的层状结构明显,阳离子混排度低,并且Li₃PO₄成功包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂颗粒表面。另外,对4个样品进行了首次充放电,倍率放电和循环性能比较,结果表明经过Li₃PO₄包覆后的正极材料的综合电化学性能明显比未包覆样品优越。首次库伦效率从未包覆样品的84.2%提高到2%(质量分数)Li₃PO₄包覆样品的89.2%。而且在5C高倍率,2%(质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的放电比容量是129.7 mAh/g,远远高于未包覆样品的92.6 mAh/g。同时,在常温和高温环境下循环100次后,2%(质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的容量保持率比未包覆样品分别高出7.1%和9.9%。     

纳米SiO2包覆Na2Ca2.93Si6O16:7% Eu3+荧光粉的制备及性能研究

采用传统高温固相法在1050℃烧结下制备了Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆∶xEu³⁺红色荧光粉,其中Na₂Ca_2.93Si₆O₁₆∶7%Eu³⁺荧光粉的发光性能最好。采用溶胶-凝胶法制备出纳米SiO₂并包覆在Na₂Ca_2.93Si₆O₁₆∶7%Eu³⁺荧光粉表面,包覆量为2%～10%(wt,质量分数,下同)。通过X射线衍射仪、激发-发射光谱分别对荧光粉物相结构和发光性能进行表征,采用CIE色度坐标分析软件对样品的色度图进行绘制。结果表明纳米SiO₂包覆量不同的荧光粉其基质结构未发生改变,纳米SiO₂包覆膜是无定型的,样品的发射峰位置没有变化,但发射强度不同;当纳米SiO₂包覆量...     

CoFe2O4-Co3Fe7纳米粒子及CoFe2O4/多孔碳的制备及其电磁性能研究

在5% H₂+95% N₂气氛下,还原CoFe₂O₄纳米粒子制备了CoFe₂O₄-Co₃Fe₇纳米粒子;以焙烧黄麻纤维得到的多孔碳纤维为碳源用水热法将CoFe₂O₄纳米粒子负载到多孔碳中,制备出CoFe₂O₄/多孔碳。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪、同步热分析仪等手段对材料进行表征,并使用矢量网络分析仪测量了复合材料的电磁参数和微波吸收性能。结果表明,CoFe₂O₄-Co₃Fe₇纳米粒子和CoFe₂O₄/多孔碳的微波吸收性能明显优于CoFe₂O₄纳米粒子。CoFe₂O₄-Co₃Fe₇纳米粒子的有效频宽(反射损耗<-10 dB的频率宽度)可达4.8 GHz。CoFe₂O₄/多孔碳的有效频宽可达6 GHz,覆盖了整个Ku波段(12~18 GHz)。这些材料优异的微波吸收性能,可归因于合适的介电常数、大的介电损耗、多孔结构以及介电损耗和磁损耗的协同作用。     

Mn离子掺杂Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ钙钛矿SOEC阴极电解CO2性能研究

固体氧化物电解池(SOEC)电解CO₂时其阴极是CO₂还原反应发生的场所,也是SOEC取得高性能的关键环节。研究了Mn离子掺杂的Pr_0.5Ba_0.5Fe_0.9Mn_0.1O_3-δ(PBFM)钙钛矿材料作为SOEC阴极电解纯CO₂的性能。结果表明在850℃、1.8 V的电解电压下基于PBFM阴极的SOEC电流密度可达1.7 A·cm^-2,较使用未掺杂的Pr_0.5Ba_0.5FeO_3-δ(PBF)阴极提升了约30%;同时,电池的极化阻抗下降约60%,电化学性能增长主要来源于掺杂后氧空位浓度的增加。在800℃、1.3 V恒压的条件下70 h的长期测试中,PBFM电池没有表现出明显的衰减,且长期测试后的电极没有积碳现象。研究证明PBFM是一种有前景的电解CO₂ SOEC阴极材料。     

复合磁性催化剂β-MnO2/MnxZn1-xFe2O4的制备与表征

采用化学共沉淀法制备了以Mn_xZn_1-x Fe₂O₄为磁性基体的β-MnO₂/Mn_xZn_1-xFe₂O₄复合磁性催化剂,利用XRD、SEM、FTIR和超导量子干涉仪对复合磁性催化剂的结构和性能进行了表征,以罗丹明B （RhB）为模拟污染物,研究了β-MnO₂/Mn_xZn_1-xFe₂O₄的催化活性,并考察了其稳定性。结果表明,球状的β-MnO₂与块状的磁性基体Mn_xZn_1-xFe₂O₄成功复合,且制备的β-MnO₂/Mn_xZn_1-xFe₂O₄复合磁性催化剂具有良好的催化性能和磁学性能。当Mn_xZn_1-xFe₂O₄与β-MnO₂的质量比为20：100时,在2 mL含量为30%的H₂O₂作用下,1 h内β-MnO₂/Mn_xZn_1-xFe₂O₄复合磁性催化剂对100 mL浓度为10 mg/L的RhB降解率（93.9%）远高于纯β-MnO₂（33.7%）;在磁场作用下,β-MnO₂/Mn_xZn_1-xFe₂O₄复合磁性催化剂的回收率为89%,经过5次循环利用之后其对RhB的降解率仍达76%。     

聚乙二醇聚合度对介孔η-Al2O3纤维形貌及吸附能力的影响

分别以2种不同聚合度的聚乙二醇（PEG）PEG600和PEG2000为模板导向剂,采用水热法合成η-Al₂O₃（PEG600）和η-Al₂O₃（PEG2000）介孔纤维,借助XRD、TEM和N₂吸附测试对材料进行表征,研究了PEG聚合度对介孔η-Al₂O₃纤维性质的影响。通过静态吸附平衡实验考察了介孔η-Al₂O₃纤维对亚甲基蓝的吸附特性。结果表明：2种模板导向剂均可用于合成介孔η-Al₂O₃纤维。PEG聚合度对介孔结构、比表面积、孔体积和孔径有较大影响。η-Al₂O₃（PEG600）的比表面积和孔体积分别为189.899 m²·g^-1和0.329 cm³·g^-1,分别是η-Al₂O₃（PEG2000）的1.4倍和1.2倍,平均孔径也比η-Al₂O₃（PEG2000）的大。2种介孔η-Al₂O₃纤维对亚甲基蓝的吸附机制均为多分子层吸附。根据BET多层分子吸附方程计算得η-Al₂O₃（PEG600）和η-Al₂O₃（PEG2000）对亚甲基蓝的平衡吸附量分别为256.391 3 mg·g^-1和204.045 9 mg·g^-1。     

La2O3添加对MgAl2O4-CaAl4O7-CaAl12O19复合材料烧结行为的影响

为适应材料轻量化的发展需要,在1 400~1 600℃温度下开发了MgAl₂O₄-CaAl₄O₇-CaAl₁₂O₁₉（MA-CA₂-CA₆）复合材料,并考察了La₂O₃添加对该复合材料烧结行为、显微结构和力学性能的影响。结果表明,La₂O₃添加剂优先固溶到MA-CA₂-CA₆复合材料组成晶相CA₆中,促使CA₆相发生晶格畸变,有效抑制了CA₆晶粒沿基面的异常长大,其形貌由片状向等轴状趋势转变,促使MA-CA₂-CA₆复合材料制备过程中由于CA₆晶粒异常长大而导致的多孔网状显微结构得以有效消除,因此也极大地改善了Mg²⁺的扩散条件,在一定程度上间接促进了MA晶粒的发育,有效促进了MA-CA₂-CA₆复合材料的烧结。经1 200℃预烧、1 600℃保温2 h烧成后,当La₂O₃的添加量为4wt%时,MA-CA₂-CA₆复合材料试样的显气孔率由19.2%下降至6.1%,体积密度由2.78 g/cm³上升至3.18 g/cm³,制得了MA、CA₂、CA₆晶相呈现交织分布、显微结构致密、有利于其力学性能改善的La₂O₃/MA-CA₂-CA₆复合材料,经1 200℃预烧、-1 600℃保温2 h烧成后的4wt% La₂O₃添加试样,其冷态抗压强度由317 MPa增加到了501 MPa。     

不同晶型Fe2O3催化H2O2湿法脱硝的实验研究

研究了以α-Fe₂O₃、β-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃为催化剂的类Fenton试剂溶液氧化吸收NO的过程,分析了3种Fe₂O₃的晶相结构和表面性质对NO脱除效率的影响机理。脱硝性能测试结果表明：γ-Fe₂O₃的活性最好,在H₂O₂浓度为1.5 mol/L、催化剂浓度为20 mmol/L、pH值为5以及反应温度为55℃等条件下,γ-Fe₂O₃的脱硝率可达87.5%。机理研究表明：3种Fe₂O₃催化H₂O₂分解湿法脱除NO的反应发生在催化剂表面,反应过程中存在氧化还原循环,H₂O₂催化分解的主要产物是·OH。活性差异分析结果表明：Fe₂O₃的晶相结构和表面性质对NO的脱除效果具有显著的影响,γ-Fe₂O₃的活性最高是由于比表面积大、分散性高和表面的Fe²⁺含量更多,而β-Fe₂O₃的活性高于α-Fe₂O₃是由于表面的氧空位含量更多。     

Al2O3颗粒形貌对注凝成型ZrO2/Al2O3陶瓷性能的影响

采用3种不同形貌的Al₂O₃原料对注凝成型制备ZrO₂/Al₂O₃（ZTA）陶瓷工艺中悬浮体的流变性能进行了研究。以低毒的单体N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）制备了ZrO₂/Al₂O₃坯体和陶瓷。讨论了3种不同形貌的Al₂O₃原浆料的分散剂用量、球磨时间和固含量对浆料流变性的影响。Al₂O₃粉体呈扁平状有利于降低浆料的黏度,Al₂O₃粉体呈棒状对生坯强度的提高有利。制得的3种ZrO₂/Al₂O₃坯体颗粒间结合紧密,抗弯强度分别达到21.45,19.87,25.90 MPa。Al₂O₃粉体呈颗粒状有利于最终陶瓷力学性能的提高,陶瓷的抗弯强度及断裂韧性分别为680 MPa和7.49 MPa·m^1/2,453.1 MPa和6.8 MPa·m^1/2,549.4 MPa和6.34 MPa·m^1/2。     

B2O3和Al2O3共同掺杂ZnO压敏陶瓷的性能

研究了B₂O₃(B)和Al₂O₃(Al)共掺杂对ZnO压敏陶瓷电学性能和微观结构的影响。结果表明,共掺杂B和Al的ZnO压敏陶瓷,具有低泄漏电流、高非线性和低剩余电压等优良电性能。B和Al的掺杂率为3.0%(摩尔分数)和0.015%(摩尔分数)的ZnO压敏陶瓷,其最佳样品的电参数为：击穿电压E_{1 mA}＝475 V/mm;泄漏电流J_L=0.16 μA/cm²;非线性系数α=106;剩余电压比K = 1.57。     

基于交替浸渍法对La0.65Sr0.35MnO3氧电极的性能优化

氢能以其高效、清洁、可再生的优点成为化石能源的有效替代者,而可逆固体氧化物电池(RSOC)既可利用氢气输出电能,也可电解H₂O产生氢气,对其研究具有十分重要的意义。本文对RSOC的氧电极进行了研究,在La_0.65Sr_0.35MnO₃(LSM)氧电极的基础上,采用溶液交替浸渍法将Sm_0.2Ce_0.8O_1.9(SDC)和Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC)纳米粒子引入LSM氧电极中。800℃时,交替浸渍1次的LSM-SDC-SSC1氧电极的极化电阻为0.49Ω·cm²,是纯LSM电极(1.12Ω·cm²)的43%。SDC和SSC的浸渍顺序对电极形貌和性能的影响随着浸渍次数的增加逐渐减弱,交替浸渍2次的LSM-SDC-SSC2氧电极具有最低的极化过电位和极化电阻。800℃时,Ni-(Y₂O₃