等离子喷涂在制备中温平板式固体氧化物燃料电池中的应用

固体氧化物燃料电池 (solidoxidefuelcell,SOFC)是一种新型的高效率、环境友好的能量转换装置。为了在竞争激烈的电力市场中实现商业化 ,急需降低SOFC的工作温度 (目前成熟电池堆的工作温度 >80 0℃ ) ,兼顾提高电池堆长期工作稳定性的同时 ,能大幅度削减生产成本。等离子喷涂工艺由于能够高效率的获得理想层状结构和优良结合强度的涂层 ,在中温平板式SOFC的阳极、电解质和阴极制备中均有应用。文中简要说明了等离子喷涂工艺原理及特点 ,综述了其在制备中温 ( 65 0～ 80 0℃ )平板式SOFC中的应用 ,并展望了今后的研究发展方向     

阳极支撑型固体氧化物燃料电池的研制

详细介绍了使用流延法及丝网印刷法制备阳极支撑型中温SOFC单电池的工艺过程 ;采用固相反应法制备出Gd2 O3 掺杂CeO2(GDC) ,采用流延法制备阳极 ,采用丝网印刷法制备电解质层及阴极 ,对GDC的相成分进行了测试分析 ;对阳极和电解质烧结后的孔隙密、密度及显微组织进行了表征。试验结果表明 ,采用流延法及丝网印刷法 ,通过选取合适的粉末原料 ,调整并优化制备过程的工艺参数 ,可以制备出具有良好组织结构和性能的阳极支撑型中温SOFC单电池     

具有复合电解质的低温固体氧化物燃料电池研究进展

高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的低温化对于解决材料的稳定性、提高系统运行寿命和降低电池成本具有重要的意义,已成为近几年的研发热点。在实现SOFC低温化方面,目前国内外研究学者提出了不同的解决策略。综述了低温固体氧化物燃料电池(LT-SOFC)中复合电解质的研究进展,其包括引入碳酸盐材料作为第二相进行复合,构建类熔融碳酸盐固体氧化物燃料电池;引入过渡金属氧化物材料作为第二相进行复合,制备单组分燃料电池消除电极与电解质界面电阻提高电池性能,尤其是全氧化物复合电解质提高电池稳定性策略;引入半导体材料复合进一步提升LT-SOFC的电化学性能等几个方面。最后阐述了通过制备新型纳米复合材料进一步提升电解质离子电导率,改善界面接触问题以及探索新的电极材料对LT-SOFC电化学性能的影响。     

金属陶瓷阳极材料的高效固体氧化物燃料电池研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)利用金属陶瓷作阳极材料,具有能量转换效率高、燃料适用性强和无腐蚀等优点,是当今一种先进的能量转换装置。本文分析了固体氧化物燃料电池在电解质和电极材料方面的性能和特点,研究了金属陶瓷阳极材料及SOFC单电池的伏安特性和性能,探讨了固体氧化物燃料电池的应用和发展前景。     

LaGaO3基固体电解质在SOFC中的应用

对锶镁掺杂镓酸镧(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85, 简写为LSGM1020)固体电解质的电化学性能进行了初步研究, 并测试了以之为电解质, Ni-CeO2为阳极, La(Sr)MnO3为阴极的氢-氧燃料电池(SOFC)的伏安特性. 用能谱(EDAX)分析了测试电池横截面各种元素的分布情况. 结果表明得到的LSGM1020电解质有较高的中温和高温离子电导率, 在不同的温度范围氧离子迁移数均接近于1. 测试电池的最大输出功率密度和最大电流密度分别为67.7mW*cm-2和126.3 mA*cm-2. EDAX结果显示, 作为电解质主元素之一的Ga发生了从电解质到阴极的扩散过程, 而作为阳极主成分之一的Ni也扩散到了电解质中. 电池材料组份之间的相互扩散过程可能是导致测试电池输出功率和电流密度偏低的主要原因. 可以认为, 要使LSGM在SOFC中得到更广泛的应用, 必须改善它的化学稳定性.     

中低温固体氧化物燃料电池电解质的研究进展

与其他燃料电池不同,固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种新兴的环境友好型能源系统,采用的是陶瓷材料作为电解质。电解质是SOFC的核心部件,它的主要作用是传导离子,在很大程度上决定了电池的工作温度。SOFC工作温度通常在600～1000℃之间,是目前运行温度最高的燃料电池,过高的温度会引发一系列问题,如何在保证性能的前提下降低工作温度是SOFC进一步市场化的关键。本文主要阐述各种SOFC电解质导电机理、性能以及向中低温化发展的研究进展,并对未来电解质材料的发展趋势进行了展望。     

固体氧化物燃料电池中的陶瓷材料

固体氧化物燃料电池(SOFC)也称为陶瓷燃料电池,其关键组成电解质、阴极和阳极均为陶瓷氧化物材料。致密电解质薄膜材料是核心,主要是(纯)氧离子导体,其电导率依赖于氧化物中的氧离子空位传导,氧空位主要来源于氧化物中低价金属离子掺杂;工业上主要使用萤石结构Y_2O_3掺杂的ZrO_2(YSZ)和Sc_2O_3掺杂的ZrO_2(ScSZ),更高氧离子电导率的材料包括掺杂的CeO_2、δ-Bi_2O_3和掺杂的LaGaO_3钙钛矿材料,有望在中低温下使用。电极都是多孔陶瓷材料,同时具有氧离子传导和电子传导性能。工业上阳极主要采用Ni-YSZ多孔金属陶瓷,具有混合离子电子导电性(MIEC)的钙钛矿材料是现在的研究热点。工业上阴极材料主要是掺杂LaMnO_3和YSZ复合陶瓷,在高温下具有良好的电化学性能和稳定性;中高温范围内被认可的材料是掺杂LaFeO_3基钙钛矿材料,以La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3-δ为代表,具有良好的电化学活性和稳定性;优化材料组分和结构仍然是阴极材料的研究重点,也是SOFC领域必须突破的重要方向。     

流延成型法制备高性能阳极支撑固体氧化物燃料电池

开发高性能的阳极支撑固体氧化物燃料电池（SOFC）有助于实现其低温化,而电池的制备工艺及结构参数对电池的性能影响显著。流延成型法是一种廉价且可以实现批量生产的电池制备方法。采用流延成型法制备阳极支撑SOFC,并研究阳极支撑体造孔剂种类、阳极功能层的厚度及孔隙度、电解质厚度等因素对电池性能的影响。当使用PMMA作为阳极支撑体造孔剂、阳极功能层厚度约12μm且功能层内不添加造孔剂时,阳极结构最好;减少电解质厚度能显著地降低Ohmic阻抗,但电解质过薄也会导致电解质的强度不够,影响电池的稳定运行。采用优选的阳极结构、电解质厚度为8μm的阳极支撑SOFC在800℃的最大功率密度达到1.2 W·cm^–2。     

Cu-Ce-Zr-O／YSZ阳极材料以甲烷为燃料时的抗积炭性能

为研究甲烷在固体氧化物燃料电池中操作稳定性,分别采用共沉淀法和柠檬酸溶胶.凝胶法制备了10%CuO-Ce0.15Zr0.85O2催化剂,并以此为阳极催化剂、LSM为阴极制成了YSZ电解质支撑的SOFC单电池.用XRD对材料进行表征;用SEM对阳极,阴极进行表征.以甲烷为燃料对单电池发电性能进行测试,研究了两种不同方法制备的Cu-Ce-Zr-O阳极催化剂的抗积炭性能.相对于共沉淀法,溶胶-凝胶法制备的阳极结构和发电性能都要优于前者.长期稳定性方面,共沉淀法和溶胶.凝胶法制备的Cu-Ce-Zr-O/YSZ阳极都较传统的Ni-YSZ阳极更能够长期稳定运行.     

固体氧化物燃料电池氧化锆基电解质薄膜制备技术研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高能量转化效率、环境友好性等特征,是全球能源环境问题的重要解决方案。电解质作为SOFC的关键组件,决定了电池的工作温度与输出性能。首先,以典型的氧化锆基电解质材料为例,介绍了其导电机理和导电性能的影响因素。为促进SOFC的商业化,电解质材料需在较低的工作温度下有较低的欧姆阻抗,电解质薄膜化是降低电池工作温度的有效方法。而后,从固相粉体成型、液相成型、气相成型3个方面综述了氧化锆基电解质薄膜的常见制备方法,并分析各种方法的优劣势。最后,对电解质薄膜的制备方法做简要展望。     

中温固体氧化物燃料电池电解质研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型能源转换装置,电解质是其核心部件之一。SOFC的中温化发展要求电解质材料在中温条件下(500?C～700?C)具有较高离子电导率,在电池运行环境下具有良好的长期稳定性。本文主要综述了氧离子传导型电解质、质子传导型电解质和复合电解质的研究进展,分析了制约其发展与应用的难题,指出了中温电解质材料的发展方向。     

SOFC中低浓度干甲烷在Ni/YSZ阳极上的反应

固体氧化物燃料电池(SOFC)趋向于直接使用甲烷天然气为燃料,确定甲烷在固体氧化物燃料电池阳极发生的化学与电化学反应非常重要.以Ni/YSZ为阳极、YSZ板做电解质、LSM为阴极,用涂浆法制作电解质支撑的电池,研究低浓度干甲烷在固体氧化物燃料电池中的反应.改变甲烷浓度、电池工作温度、电解质厚度,用在线色谱测量不同电流密度下,阳极出口气体产生速率.根据阳极出口气体产生速率变化,分析干甲烷在阳极的反应变化.通过氧消耗计算和转移电子数的分析,说明甲烷在电池阳极发生不同类型的反应.电流密度小时,甲烷发生部分氧化反应.电流密度大时,发生氢氧化和CO氧化,部分甲烷发生总反应为完全氧化的反应.部分甲烷发生完全氧化反应的同时,部分甲烷仍发生部分氧化反应,但其反应速率随电流密度增加逐渐降低.甲烷浓度和试验温度增加,甲烷开始发生完全氧化的电流密度增加.     

固体氧化物燃料电池材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为21世纪绿色能源，使其商业化、低温化发展是必然趋势，这就对电极材料以及电解质材料的开发提出了挑战。本文研究了阴极材料、阳极材料以及电解质材料研究进展以及各自的优缺点，并对未来的电池材料的发展进行了展望。     

金属支撑固体氧化物燃料电池研究进展

与传统全陶瓷结构的燃料电池不同,金属支撑固体氧化物燃料电池利用多孔金属来支撑功能阳极层–电解质层–阴极层,具有结构稳定性高、抗热快速热循环能力强,电堆组装简单,材料成本低等优势。本文分析了金属支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)材料的选择和电池制备过程中的关键问题,并概述了金属支撑SOFC技术的研究进展。     

基于电-化-热耦合关系NH3-SOFC数值模拟

为探究高温工作状态下的电池内部运行情况，对固体氧化物燃料电池(SOFC)电化学性能及传热传质分布情况进行有效分析，利用COMSOL Multiphysics软件，结合电池内气体扩散、浓物质传递、热量传递和电极中二次电流密度构建多物理场模型，研究了NH₃-SOFC中的传热传质、化学和电化学反应特性。结果表明：燃料为氨气时，提高电池工作温度有利于提高电池输出功率，当1 073.2 K工作温度继续提高时，最大功率和电流密度增长速度降低；NH₃-SOFC与H₂-SOFC输出性能相近。进一步探究了温度和反应物进气摩尔分数对NH₃-SOFC性能影响。发现入口氨气摩尔分数自0.7提升至1时，电池性能得到明显提高；而氧气摩尔分数高于0.2时，其对电池性能影响较小，空气可作为电池阴极气体使用。     

氨燃料固体氧化物燃料电池性能研究进展与展望

氨是一种零碳燃料,也是富氢载体,具有较大储运优势。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)是一种清洁高效发电装置,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景,氨气可直接用作SOFC阳极燃料以实现高效、清洁、低成本发电。首先简介了质子传导型和氧离子传导型氨SOFC的工作原理,电解质、电极材料的选择以及氨气在阳极的分解过程。其次总结了氨SOFC的实验研究现状,以单电池最大功率密度为评价指标,综述了不同电解质/电极材料、电解质厚度、操作温度等因素下两种传导类型的氨SOFC的性能表现,并分析了造成电池性能差异的原因。之后介绍了氨SOFC当前面临的挑战,最后对氨SOFC未来研究方向、热电联供系统的应用进行了展望。     

固体氧化物燃料电池电解质制备方法的研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种绿色能源得到了广泛关注,SOFC中关键材料是电解质,LaGaO_3基固体电解质(LSGM)不仅离子电导率高,而且在电池工作时稳定性好,因此成为了研究焦点。本文综述了制备中低温固体氧化物燃料电池电解质LSGM的三种方法,包括传统的固相反应法、高温高压法和溶胶凝胶法;介绍了各种方法的流程以及它们各自的优缺点。     

喷雾裂解法制备LSCF球形粉体

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)钙钛矿型复合氧化物具有优良的电子-离子混合导电性能,是目前温固体氧化物燃料电池(SOFC)最理想中的阴极材料之一。以水和乙醇作为溶剂,按照La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)的元素摩尔比为6∶4∶2∶8的元素比配制溶液,采用超声喷雾裂解方法,在700℃时通过喷雾裂解制备球形LSCF粉体。该粉体和GDC电解质按照7∶3的比例,制备阴极浆料,涂于NiO-GDC||GDC半电池电解质表面,并在1150℃烧结制备电池阴极。通过SEM、XRD等表征手段研究粉体以及电池阴极结构,并研究了LSCF-GDC复合阴极材料的电性能。研究表明,该电池在750℃条件下的电池性能达到了553 m W·cm~(-2),电池性能比固相法制备的阴极粉体性能高出111 m W·cm~(-2),展现了较好的电催化活性。     

水热原位生长制备致密氧化铈基固体氧化物燃料电池隔离层

面向高性能固体氧化物燃料电池(SOFC)低成本制备及长寿命运行需求,提出了一种致密氧化铈基隔离层的制备方法。将阳极支撑半电池的Y₂O₃稳定ZrO₂(YSZ)电解质浸没于硝酸钆和硝酸铈水溶液中,并在180℃水热条件下处理36 h,获得了原位生长的致密Gd₂O₃掺杂CeO₂(GDC)薄膜;进一步将其与La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3–δ阴极在1 075℃共烧结,得到阳极支撑SOFC单电池。结果表明,水热原位生长制备的GDC隔离层连续且致密,组成约为Gd_0.044Ce_0.956O_2–δ,厚度约为0.23μm;阳极支撑单电池在750℃的欧姆阻抗约为0.101Ω·cm²,相较于传统丝网印刷GDC隔离层单电池降低了约38%,在室温加湿氢气燃料下的最大功率密度达到...     

固体氧化物燃料电池La0.9Ca0.1Fe1-xNbxO3-δ阳极的制备及性能

采用流延法制备以ScSZ为电解质的电解质支撑电池、以LSM/ScSZ为电池阴极材料,用浸渍的方法制备优化后的钙钛矿La_(0.9)Ca_(0.1)Fe_(0.9)Nb_(0.1)O_(3–δ)(LCFNb10)阳极。结果表明:Nb的加入有利于钙钛矿材料在氢气中的稳定性,且最佳掺杂量为10%(摩尔分数)时,LCFNb10电池在氢气、一氧化碳和丙烷中的放电功率在850℃分别可达526.7、452.3、328.1 m W/cm~2,表明LCFNb10是一种极具前景的SOFC电池阳极材料。