高温极化对Ni8-Fe2-LSGMC5复合阳极性能的影响

利用XRD、SEM及多种电化学技术,考察了高温原位极化对Ni8-Fe2-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3-δ(LSGMC5)复合阳极性能的影响.高温极化改善了Ni-Fe复合阳极及电极/电解质界面的微观结构,减小了欧姆电阻和极化电阻,提高了电极的活性.极化没有改变复合阳极的物相,电极以Ni3Fe合金的形式存在.极化电流密度是决定电极性能的主要因素,在925 ℃下,随着极化电流密度由0 A/cm2增大至6 A/cm2,相应的电池在800 ℃下的最大功率密度由0.09 W/cm2增加至1.00 W/cm2.     

离聚物含量对质子交换膜燃料电池性能的影响

离聚物含量是构建质子交换膜燃料电池催化层三相反应界面的关键参数，为研究其对膜电极性能的影响，制备了不同I/C比(离聚物与碳载体质量比值)的膜电极，并进行了电极极化性能、敏感性和交流阻抗测试。结果表明：低I/C比(<0.4)或高I/C比(>1.0)时，膜电极均会因为较高的传质极化或浓差极化而导致电极性能较差；而I/C比在0.4～1.0范围内，不同工作条件下存在最佳的I/C比值，且更高的I/C比通常会导致更低的膜电极性能衰减。该研究结果对于膜电极开发过程中催化层结构优化设计具有重要意义。     

铝合金阳极在碱性介质中的电化学性能

介绍了两种Al Pb In Ga X(X为Mg、Sn)系新型铝合金阳极材料 ;用恒电流方法和动电位方法研究了新型合金阳极在碱性氯化钠介质中的电化学性能 ,分析了介质 pH值、介质温度、极化电流密度对电极电位的影响 ;用金相显微镜、扫描电子显微技术观察了铝合金的微观组织和阳极溶解后的表面腐蚀状态。结果表明 :新型铝合金阳极材料开路电位较纯铝稍低 ;自腐蚀速率急剧降低、电极表面腐蚀溶解均匀 ;新型铝合金在碱性氯化钠介质中不能形成钝化膜 ,阳极极化明显减少 ;在碱性氯化钠 (2 5 %KOH 3 .5 %NaCl)介质中大电流密度 (80 0mA/cm2 )下新型合金阳极材料 (1# 、2 # )的稳定电极电位可分别达到 -1.3 5V、-1.45V (vs .Hg/HgO)。     

铝-过氧化氢燃料电池阴极的研究

采用在泡沫镍基底材料上电化学沉积银催化剂的方法,制备了铝-过氧化氢燃料电池阴极。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)以及电化学测试等方法对电极的微观结构和性能进行了研究。实验结果表明,以泡沫镍基底沉积银催化剂的电极提高了过氧化氢还原反应的催化活性,具有很好的综合电化学性能。电极极化电位为-1.0(Vvs.Ag/AgCl)时,阴极电流密度可达1300mA/cm2。在工作温度为45℃条件下,该方法制备的电催化阴极可使铝-过氧化氢电池最大比功率达到450mW/cm2。     

低频激励下油隙的电极极化建模与介电参数方程EI北大核心CSCD

针对变压器油频域介电谱低频部分弥散现象的原因,即电极极化进行了研究。分析了变压器油隙在低频正弦激励下内部离子动态分布的过程,建立了离子分布模型,依据离子分布构建了弛豫时间和德拜(Debye)长度的表达函数,并用于Debye弛豫模型的参数计算,从而得到了以电极极化为基础的介电参数方程。计算并分析了所述试验条件下的电极极化参数,通过仿真与实测数据的对比,验证了电极极化模型及其相应介电参数方程的正确性。研究结果表明:仿真电流与试验测试电流相符合,建立的离子分布模型能够有效地表征变压器油隙频域介电响应中的电极极化机制;介电参数计算值与试验测值相符合,建立的介电参数方程能够有效地表征变压器油频域介电响应中受电极极化作用时的介电参数。所建立的离子分布模型与介电参数方程能够给油纸绝缘频域介电谱低频弥散特性研究提供基础,以便更好的将频域介电谱技术应用到工程中。     

电极厚度对锂离子电池电化学性能的影响

考虑到电极结构参数对锂离子电池性能的重要影响,基于实验结果以及一维等温电化学模型研究了电极厚度对锂离子电池电化学性能的影响。制备了不同活性物质载量的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电极,研究了不同厚度的电极对其倍率性能、循环充放电性能和容量的影响。基于多孔电极理论建立了一维锂离子电池电化学模型。将不同厚度的电极的仿真放电曲线与实验结果进行对比,仿真结果显示,不同厚度电极区域的电解质盐浓度、活性粒子表面锂离子浓度、电解液电势和过电势都有着显著的不同,正是这些差异导致不同厚度的电极的倍率性能、容量衰退的差别。     

全钒液流电池电化学极化理论研究

以全钒液流电池电化学反应机理为基础,建立了电池二维数值模型,并应用此模型研究了电解液钒离子浓度、充放电电流密度以及碳毡孔隙率对电极极化行为的影响。结果表明,电极孔隙率不仅影响电极极化电压分布,而且也是决定电池充放电性能的重要因素之一。     

理论模拟在本征高介电聚酰亚胺分子设计中的应用

本文研究了10种含羰基/砜基聚酰亚胺的分子链聚集特性和介电常数，同时，基于密度泛函理论（DFT）及分子动力学理论（MD），计算了理论密度、自由体积分数、极化率密度以及偶极矩密度等微观参数。结果表明：部分结晶的聚酰亚胺体系具有相对较高的理论密度和较低的自由体积分数，理论计算结果与实测结果相吻合。相比较于极化率密度，使用与取向极化高度相关的偶极矩密度在kHz频率范围内的测试中可以更加准确地预测聚酰亚胺介电常数与分子结构的关系。     

膜电极性能的影响因素研究

文章以有机多孔膜为电极支撑体制备了亲水电极,用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)。考察了电极在全氟代磺酸离聚物(Nafion)的玻璃化温度处理、催化层中Nafion的含量、以及不同厚度的有机多孔膜等因素对电极性能的影响。测试结果表明亲水电极中Nafion分子的有序排列可以减小电极的极化,减小作为电极支撑体的有机多孔膜的厚度有利于电极性能的提高。采用70%Pt/C制备电极时,Nafion的最佳含量为25%,在1000mA/cm2的电流密度下,电池电压为0.615V。     

影响LiMn2O4正极材料容量衰退的主要因素

从电解液组成和材料的微观结构对电极宏观电化学性能的影响入手,探讨了LiMn2O4正极材料的容量衰退及其影响因素,结合作者有关的研究结果,论述了改善LiMn2O4电极循环性能的方法.     

Numerical modeling of micro single-chamber ceria-based SOFC

Performance of intermediate temperature SOFC system of micro scale single-chamber with composite electrodes alternately placed on the ceria-based electrolyte has been successfully evaluated by numerical modeling. The polarization curve was obtained through a series of calculations for ohmic loss, activation loss and concentration loss. The calculation of each loss was based on the consideration of fluid dynamics, convection of fuel-air gas mixture, diffusion and oxygen ion conduction. The performance characteristics of SOFC were quantitatively investigated for various structural parameters such as distance between electrodes and thickness of electrolyte and electrode. The effect of the inflow direction of fuel-air mixture on the performance of the fuel cell was analyzed.     

Praseodymium-cerium oxide thin film cathodes: Study of oxygen reduction reaction kinetics

Praseodymium-Cerium Oxide (Pr_xCe_1-xO_2−δ; PCO), a potential three way catalyst oxygen storage material and solid oxide fuel cell (SOFC) cathode, exhibits surprisingly high levels of oxygen nonstoichiometry, even under oxidizing (e.g. air) conditions, resulting in mixed ionic electronic conductivity (MIEC). In this study we examine the redox kinetics of dense PCO thin films using impedance spectroscopy, for x = 0.01, 0.10 and 0.20, over the temperature range of 550 to 670°C, and the oxygen partial pressure range of 10⁻⁴ to 1 atm O₂. The electrode impedance was observed to be independent of electrode thickness and inversely proportional to electrode area, pointing to surface exchange rather than bulk diffusion limited kinetics. The large electrode capacitance (10⁻²F) was found to be consistent with an expected large electrochemically induced change in stoichiometry for x = 0.1 and x = 0.2 PCO. The PCO films showed surprisingly rapid oxygen exchange kinetics, comparable to other high performance SOFC cathode materials, from which values for the surface exchange coefficient, k ^q , were calculated. This study confirms the suitability of PCO as a model MIEC cathode material compatible with both zirconia and ceria based solid oxide electrolytes.     

CH_4-O_2固体氧化物燃料电池化学反应研究

研究了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中的主要化学反应。同时研究了固体氧化物燃料电池电极结构、三相界面（电解质／电极／气体）结构和运行环境以及它们对电池主要化学反应的影响。并通过研究Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ固体氧化物燃料电池的开路电压与甲烷流量的关系,探讨燃料电池中的主要化学反应过程对电池性能的影响。研究表明,增加电极的孔隙率,可以增加三相界面的面积,从而增加有效反应区域,有利于电池反应。提高运行温度和阴极室氧的浓度,可以提高甲烷的利用率和电池的性能。     

Direct-write fabrication of integrated planar solid oxide fuel cells

Integrated planar solid oxide fuel cell (IP-SOFC) with multilayered structure has been fabricated via direct-writing process named robo-dispensing. Partially stabilized zirconia (PSZ) substrate with sufficient mechanical strength and gas permeability was utilized as a support for SOFC. The 2-cells serially integrated planar SOFC in which each cell is composed of the line-shaped electrode and electrolyte was produced The SOFC component paste materials were dispensed through cylindrical nozzle of 0.21 mm in diameter onto a moving plate that was controlled by robo-dispensing machine. The thicknesses of anode, electrolyte and cathode were 30 μm, 15 μm and 20 μm, respectively. The fabricated IP-SOFC exhibited OCV of 1.82 V and maximum power density of 35 mW.     

Cathodic Polarization Study on Doped Lanthanum Gallate Electrolyte Using Impedance Spectroscopy

The perovskite electrolyte La_{1 – x}Sr_xGa_{1 – y}Mg_yO₃ (LSGM) has received a lot of interest in recent years after it was first reported to have significantly higher oxygen-ion conductivity than conventional YSZ. A very large fraction of the total polarization losses in SOFC is known to occur at the electrode-electrolyte interfaces manifesting itself as the kinetic barrier to charge-transfer reactions. AC complex impedance spectroscopy studies were conducted on symmetrical cells of the type [air, electrode/LSGM electrolyte/electrode, air] to measure the charge-transfer polarization at the cathode-electrolyte interfaces. The electrode materials were slurry-coated on both sides of the LSGM electrolyte support. The cathode materials investigated in this study include La_{1 – x}Sr_xMnO₃(LSM), LSCF (La_{1 – x}Sr_xCo_yFe_{1 – y}O₃) and a two-phase particulate composite consisting of LSM +doped-lanthanum gallate (LSGM). Symmetrical cell studies were also performed on SOFC anode materials. The principal anode material investigated in this study is a porous composite of Ni-gadolinium doped ceria (GDC). It is well known that Ni reacts with the state-of-the-art LSGM anode material. Thus our approach is to use a barrier layer of GDC between the Ni-GDC anode and the LSGM electrolyte. This paper will focus on the influence of microstructure, electrode composition, electrode thickness, interfacial compatibility and electrode processing conditions on cathode and anode polarization.     

管式固体氧化物燃料电池非稳态数值研究

建立了一个既可以描述管式固体氧化物燃料电池的稳态性能又可以描述其非稳态性能的数学模型。考虑了造成电池输出损失的三种极化现象：欧姆极化、活化极化和浓差极化。在传热模型中，除了考虑传导和对流换热外，也考虑了电池和空气进气管之间的辐射换热。分析了平均电流密度、燃料和空气进口温度和流量对电池稳态和非稳态性能的影响。计算结果表明，稳态下电池固体部分的最高温度位于电池的中部；对于同一幅度的平均电流密度的阶跃变化，电池从最初的稳态到达新的稳态所需的响应时间随各种操作参数的改变而变化。     

固体氧化物燃料电池研究--10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2作阳极材料

以10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2为阳极、Pt为阴极和参考电极,组装了固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池并进行了测试,考察了操作温度、甲烷流量等对电池性能的影响,发现提高操作温度以及在阳极材料中添加CeO2可以显著改善电池性能。升高温度,阳极极化曲线中的极限电流密度值随之上升;阳极中CeO2含量为10%时,功率最大值由未加时的4.10 mW/cm2增大至9.76 mW/cm2,对应的电流密度由12.22 mA/cm2增大至35.7 mA/cm2。甲烷的流量对电池开路电位有显著的影响,但当甲烷流量在18 mL/min以上时,其影响已十分微弱。     

阳极支撑平板状SOFC过电势模型及分析

平板型固体氧化物燃料电池由于具有高效率、低污染物排放等特点,是未来发电的主要方向。当电池运行产生电流时,就会伴随电荷传输产生活化极化,伴随质量传输产生浓差极化,根据材料导电性的不同相应产生一定大小的欧姆极化,从而降低了燃料电池的开路电压,并对电流密度和输出功率产生影响。为了能使燃料电池更好地运行,就必须要了解对过电势产生影响的各种因素,所以建立了阳极支撑的平板状SOFC过电势模型,分析了电流密度、温度以及一些结构参数对三种过电势的影响,对阳极支撑型和电解质支撑型燃料电池的性能进行了比较。     

钙钛矿型SOFC阴极材料的研究进展

阴极是固体氧化物燃料电池(SOFC)的重要部件之一,阴极的性能对SOFC的性能(尤其是低温SOFC的性能)起着决定性的作用,阴极的界面电阻是整个电池电阻的70%～85%.ABO2型钙钛矿稀土复合氧化物是目前最普遍应用的固体氧化物燃料电池的阴极材料,钙钛矿材料的结构特点决定了该材料具有电子-离子混合导电性.对固体氧化物燃料电池阴极材料的催化机理、制备方法、复合梯度阴极进行了详细的描述,并提出了通过改善微结构来提高低温阴极材料的性能是今后发展的主要方向.     

Development and optimisation of electrode materials in solid oxide fuel cells

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