沉淀法合成阳极材料NiO及其SOFC性能研究

用硝酸盐-氨水沉淀法合成了NiO纳米粉体,X-射线粉末衍射结果表明样品为面心立方结构,颗粒的平均粒径为25 nm,以此纳米NiO为原料制备NiO-YSZ阳极。在NiO-YSZ阳极上用离心沉积方法制备了一层10μmYSZ薄膜,扫描电子显微镜测试结果表明阳极和电解质薄膜之间接触良好。采用La0.7Sr0.3MnO3-YSZ阴极,单电池在800℃时的最大比功率为0.72 W/cm2,测试结果还表明该阳极具有合适的孔隙率,说明采用硝酸盐-氨水沉淀法合成的NiO可以制备固体氧化物燃料电池的阳极。     

阳极支撑固体氧化物燃料电池的制备及性能

利用离心法成膜工艺在多孔Ni-YSZ阳极基体上制备8%(摩尔分数)YSZ电解质层,在1400℃共烧结,得到致密的YSZ膜和多孔结构的阳极。用苷氨酸-硝酸盐燃烧法合成超细阳极与阴极材料。其中,NiO-YSZ复合粉体用于阳极,La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)和30%(质量分数)Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)复合材料用作阴极。以氢气为燃料,研究了500～800℃时Ni-YSZ阳极支撑体固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池的性能。结果表明在500℃时电池开路电压(OCV)达1.10V,800℃时短路电流密度达1113mA/cm2,最大比功率为296mW/cm2。通过交流阻抗图谱分析,认为电解质欧姆电阻是影响电池性能的主要因素。     

天然气燃料电池中双层阳极Ni-SDC的性能

采用干压方法制备双层阳极支撑的以BCY20(BaCe0.8Y0.2O3-δ)为电解质的固体氧化物燃料电池.双层阳极的质量分数分别为60% NiO 40% SDC(Ce0.7Sm0.2O2-δ)和30% NiO 70% SDC.阴极采用质量分数分别为85% LSCF(La0.9Sr0.1Co0.2Fe0.8O3-δ) 15% GDC(Ce0.8Gd0.2O2-δ)复合阴极.在400～600 ℃的范围内,用天然气为燃料气,氧气为氧化气,50℃为间隔,测试并比较了该电池与单层阳极支撑电池(阳极质量分数为50% NiO 50% SDC、阴极为85%LSCF 15% GDC复合阴极、电解质为BCY20)的性能.用扫描电镜(SEM)分别分析单电池阳极、阴极及电解质的型貌.实验表明:电池具有良好的微结构,在测试条件下双层阳极支撑电池具有更优的性能.600 ℃测得电池最大比功率为55 mW/cm2,电流密度为253 mA/cm2.     

双层干压制备阳极支撑的氧化锆薄膜燃料电池

采用一种既简单又经济的双层干压法,NiO-YSZ阳极基底上制备致密的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)固体电解质薄膜,经1400!共烧结后,得到厚度约60"130mm的YSZ薄膜。薄膜的厚度可以通过调整YSZ粉体质量来控制。测试了NiO-YSZ支撑体材料和YSZ的干压坯体烧结曲线,以确定烧结收缩率。对薄膜进行的X-射线衍射(XRD)测量结果表明,薄膜为YSZ的立方萤石结构,NiO与YSZ在烧结条件下未发生反应。以此方法制备的不同厚度的YSZ薄膜为电解质,NiO-YSZ金属陶瓷为阳极,La0.7Sr0.3MnO(LSM)阴极制成固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池,对单电池的放电性能及其在工作条件下的阻抗谱进行了测试。电池的开路电压始终在1V左右,900!最大电流密度达1.3A·cm#2。分别在800!和900!时得到了175mW·cm#2和300mW·cm#2的最大比功率。     

等离子喷涂Ni/YSZ的结构调控及其电化学性能

采用不同粒径的NiO/YSZ团聚粉末分别用Ar/H2与Ar/N2等离子喷涂制备了固体氧化物燃料电池Ni/YSZ阳极,系统研究了粉末粒子的熔化状态对阳极微观结构与电化学性能的影响.结果表明粒子尺寸与等离子气体显著影响其熔化状态,XRD结果表明使用Ar/H2等离子体可促进NiO在喷涂过程中还原形成Ni/NiO/YSZ三元粒子阳极.SEM结果表明喷涂态阳极主要由均匀分布的NiO和YSZ构成.电化学性能测试结果表明,阳极的催化活性受粒子熔化程度影响显著,采用Ar/H2等离子喷涂30～50 mm粉末获得熔化程度适中的粒子制备的阳极极化阻抗在800与600℃时分别为0.22及0.59Ω·cm2,由该阳极组装的电解质支撑的单电池获得了最高的输出功率密度,在800℃时达到334 mW/cm2.     

恒流电泳沉积YSZ电解质薄膜的燃料电池研究

采用恒流电泳沉积(EPD)的方法,在NiO-YSZ阳极基底上制备出较为致密的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)固体电解质薄膜,1300℃共烧结5h后得到具有一定厚度的YSZ薄膜。利用SEM对YSZ薄膜的形貌与膜厚进行了表征。在此基础上,以La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)为阴极制成单电池,并对单电池的性能及阻抗谱进行了测试,在650℃时得到单电池的最大开路电压为0.84V,单电池在750℃时的最大电流密度为0.64A/cm2,最大功率密度达145mW/cm2;800℃时的短路电流密度接近0.9A/cm2,最大功率密度达200mW/cm2。阻抗谱测试结果表明,电解质部分的电阻占电池内阻的1/4~1/3;电极在-电解质界面处存在的孔洞对电池的性能产生了不利的影响。     

阳极对YSZ薄膜SOFC性能的影响

研究了两种阳极对YSZ薄膜固体氧化物燃料电池(SOFC)性能的影响.NiO-YSZ阳极和NiO-SDC-YSZ阳极支撑的YSZ薄膜电池,在800 ℃时的开路电压分别为1.09 V和0.87 V,最大功率密度分别为0.86 W/cm2和0.16 W/cm2.NiO-SDC-YSZ阳极电池的电极总阻抗比NiO-YSZ阳极电池的高出58%.     

重力沉降法结合共烧结法制备YSZ薄膜

采用重力沉降法和共烧结法相结合,在NiO-YSZ(氧化钇稳定氧化锆)阳极基底上制备YSZ固体电解质薄膜,在1 400℃下共烧结后,得到厚度为20 μm的YSZ薄膜.利用XRD和SEM对薄膜的相结构、形貌等进行表征.以La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.8O3(LSCF)为阴极制成单电池,对其性能及阻抗谱进行测试.在620℃时,得到单电池的最大开路电压为0.98 V;850℃时的电流密度接近1 A/cm2,最大功率密度为180 mW/cm2.     

溶液燃烧法合成11ScSZ-2Mn_2O_3电解质粉体及其应用

采用硝酸盐-甘氨酸溶液燃烧法合成了(ZrO2)0.87(Sc2O3)0.11(Mn2O3)0.02(11ScSZ-2Mn2O3)粉体,通过X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、场发射扫描电镜(FESEM)及氮气吸附等手段对粉体进行表征。结果表明,所合成的11ScSZ-2Mn2O3粉体具有单一立方结构,比表面积达28.6m2/g,粒度均匀。非等温和等温烧结测试均表明该粉体具有良好的烧结活性,可在1200℃下烧结致密化。以11ScSZ-2Mn2O3粉体为原料配制电解质粉体浆料,采用浸渍-提拉法在NiO-氧化钇稳定氧化锆(YSZ)阳极基体上制备了电解质薄膜,在1250℃下实现了负载型薄膜的烧结致密化,与La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极组装了单元电池Ni-YSZ/11ScSZ-2Mn2O3/LSCF。该单元电池在中温下以H2为燃料表现出良好的电性能输出,在操作温度为650℃和700℃下的最大输出功率密度分别为0.55W/cm2和0.90W/cm2。     

甘氨酸-硝酸盐法制备Sm掺杂CeO2电解质及性能研究

甘氨酸-硝酸盐燃烧法合成Sm掺杂CeO2(SDC)电解质材料,通过XRD和扫描电子显微镜对不同甘氨酸与金属阳离子比例(G/N)制备粉末的结构和形貌进行了研究。比表面积测量结果显示,不同G/N比影响合成粉末的比表面积,导致粉末的烧结性能不同。G/N比为2合成的粉末在1300℃烧结2h可以达到97%的理论密度。合成不同含量Sm掺杂铈基氧化物SmxCe1-xOδ(x=0.125,0.15,0.175,0.20,0.225,)电解质材料,制备电解质支撑的单电池,电解质厚度为1mm,采用泥浆喷涂工艺在电解质上制备60%(质量百分数)NiO-SDC阳极层,在1300℃共烧结2h,Ag浆作为阴极组成单电池,以H2和空气为燃料和氧化气体电池性能测试显示,Sm0.175Ce0.825Od为电解质的单电池性能最好,800℃最大功率密度达283mW/cm2。