离心沉积法制备YSZ薄膜及其性能

用离心沉积方法在NiO-YSZ阳极基底上沉积了氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)薄膜,并在1 400℃烧结达到致密;用SDC的硝酸盐浸渍改进的LSM作为阴极,组装燃料电池。阳极通入干燥的H2作燃料,阴极直接暴露在空气中,单体电池在650℃的开路电压(OCV)为1.059 V,说明薄膜是完全致密的;800℃时的最高功率密度为535 mW/cm2。800℃时的阻抗谱表明,通过改变阳极端的气氛,可以区分出阴、阳极的阻抗。     

沉淀法合成NiO及NiO-YSZ阳极性能

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23nm。以此纳米NiO为原料,制备NiO-YSZ阳极,阳极的高温烧结收缩比YSZ电解质小6%。高温H2还原电阻测量表明该阳极在700℃时10min完成还原,电导率为570S/cm。在NiO-YSZ阳极上用离心沉积方法制备了一层厚12μmYSZ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的接触良好。采用Sm0.2Ce0.8O1.9浸渍的La0.7Sr0.3MnO3阴极,单电池在750℃时的最大比功率为0.52W/cm2,测试结果还表明该阳极具有合理的孔隙率:说明采用硝酸盐-氨水沉淀法合成的NiO可以应用于制备固体氧化物燃料电池的阳极。     

阳极功能层对燃料电池性能的影响

用浆料旋涂法在阳极支撑体上制备了阳极功能层(AFL).研究了AFL厚度对电池输出性能的影响.实验结果表明:AFL降低了阳极支撑体/电解质界面的接触电阻,增加了阳极的三相反应界面,但是AFL厚度的增加导致了界面接触电阻和气相扩散阻抗的增大.AFL的最佳厚度为4 μm.采用4 μm的AFL和La0.7Sr0.3MnO3/Sm0.2Ce0.8O1.9阴极,电池在700、750、800 ℃的输出性能分别为794、1016、1235 mW/cm2.     

微米粉体制备阳极支撑的YSZ薄膜

采用微米级YSZ(摩尔分数8%Y2O3稳定的ZrO2)粉体在NiO/YSZ阳极支撑体上成功地制备了致密的电解质薄膜.对微米级YSZ粉体进行球磨处理,分析和讨论了球磨对YSZ粉体及薄膜性能的影响.用浆料旋涂法制得45μm厚的致密薄膜,电池700 ℃时开路电压(OCV)达到1.13 V.以氢气为燃料,以静态环境空气为氧化气体,单电池在700、750、800 ℃的最大比功率分别为221、364、528 mW/cm2.电池阻抗谱结果表明电池的性能主要由电极决定.     

涂覆载量对IrO2-CeO2-G/Ti电极组织结构和电容性能的影响

采用热分解法制备了新型IrO2-CeO2-G/Ti复合电极。采用SEM、TEM、XRD和XPS等测试手段分别对不同IrO2含量的电极进行表征。采用循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗谱法对电极的电化学行为进行研究。结果表明，IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2 的电极具有最大的比电容值459.5 F/g。在5mA/cm2电流密度下，经5000次充放电循环后IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2电极比电容仍能保持97.8%。该种复合电极材料因其独特的元素组成和良好的赝电容性能，是一种理想的超级电容器电极材料。     

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%.     

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。     

浆料旋涂法制备YSZ薄膜燃料电池研究

用浆料旋涂法在NiO-YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)阳极支撑体上制备了一层11.5 μ m厚的致密YSZ薄膜.在薄膜上制备了Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)浸渍的La0.7Sr0.3MnO3(LSM)复合阴极.以氢气为燃料,阴极暴露在静态空气中,单电池在700、750、800 ℃的最大比功率分别为691、898、1 118 mW/cm2.当阴极通入50 mL/min的氧气时,单电池在800 ℃的最大比功率比空气气氛下的性能高出84%,达到2 057 mW/cm2,在中温区达到优异的性能.     

La0.7Sr0.3MnO3-Sm0.2Ce0.8O1.9阴极对氧化锆薄膜燃料电池性能的影响

采用固相混合法和浸渍法分别在阳极支撑的氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）薄膜上制备了La0.7Sr0.3MnO3（LSM）-Sm0.2Ce0.8O1．9（SDC）复合阴极。结果表明，使用浸渍阴极的单电池获得更好的输出性能；但浸渍阴极的孔隙率较低，在高温区容易出现浓差极化现象。通过降低浸渍阴极的厚度，可以有效地提高电极的气体扩散速率,通过调整浸渍电极的厚度，可以在不同温度下获得理想的电池性能。采用4μm厚浸渍阴极的单电池，800℃的最高功率密度为1100mW／cm^2；采用28μm厚浸渍阴极的单电池，600℃的最高功率密度为295mW／cm^2。