固体氧化物燃料电池阴极材料第一性原理研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换效率高和燃料适应性广等突出优势,被认为是未来最有前景的清洁能源技术之一。目前SOFC研究热点是降低工作温度到500～800℃中低温区,以降低运行成本、增加可靠性,进而加速SOFC的商业化进程。阴极作为SOFC的重要组元,合理的设计和优化中低温下对氧还原反应具有较高催化活性的阴极材料至关重要。具有钙钛矿结构或由钙钛矿结构衍生出的层状结构的电子-离子混合导电型（MIECs）氧化物是目前研究最多的SOFC阴极材料。第一性原理可以弥补实验方面信息的缺失,能够提供电子结构、几何参数、吸附能及过渡态等相关信息,可以为合理设计和开发高性能的新型SOFC阴极材料提供科学依据和理论指导。本文通过对钙钛矿阴极氧空位的形成及迁移,氧分子在阴极（包括贵金属引入）表面上的吸附、解离、扩散过程及其规律进行了综述并总结了我们前期的研究成果,最后针对当前研究存在的问题及今后钙钛矿阴极的计算模拟研究方向进行了总结与展望。     

汽爆柳枝稷乙醇发酵残留物两步厌氧消化研究

为探究木质纤维素乙醇发酵残留物厌氧消化产甲烷性能,以汽爆柳枝稷高底物乙醇发酵残留物为底物,通过甲烷相出水回流至酸化相的方式进行厌氧消化产甲烷研究。结果表明:乙醇发酵残留物可有效进行甲烷生产,通过回流方式,酸化相内过多的挥发酸注入到甲烷相中,甲烷相的出水回流至酸化相,平衡酸化相及甲烷相内的pH值和挥发酸的浓度,提高系统运行稳定性,进而提高厌氧消化效率和甲烷产量。随着甲烷相出水不断地循环至酸化相,甲烷相内的产甲烷菌群也被加入到酸化相内,产甲烷菌群的不断增加、pH值逐渐升高、甲烷含量逐渐上升,使酸化相内产酸菌与产甲烷菌群逐渐趋于平衡,酸化相逐渐向甲烷化发展,并最终转变为产甲烷相。500 mL发酵残留物经厌氧消化,共产生48 L沼气,其中甲烷28.8 L,甲烷产率277 mL/g COD,COD去除率达90%,甲烷含量约60%。     

SrBi_2Ta_2O_9纳米颗粒的Raman光谱研究

采用Raman光谱的方法研究了化学计量和非化学计量SrBi_2Ta_2O_9(SBT)纳米颗粒晶格振动行为.通过常温、变温Raman光谱分析,得到了SBT尺寸效应和结构对称性方面的信息.软模振子频率的平方随温度的变化不符合单一的ω_s~2=A(T_c-T)关系揭示了尺寸效应可以导致新的相变.非化学计量SBT的Raman振动峰强度改变和峰形变化的主要因素为总电荷数以及Sr与Bi原子之间的相互取代关系.单个分子式总电荷数低于化学计量SBT总电荷数的样品,总电荷数的因素起主要作用;总电荷数高于化学计量SBT的样品,Bi原子部分取代Sr原子位置为主要因素.     

低成本YSZ电解质膜管的制备和性能研究

用真空注浆法制备出膜厚为0.2mm的8mol%YSZ电解质膜管，用排水法、SEM和复阻抗等分析手段研究了YSZ电解质膜管烧结密度、表面形貌及其电导性能，确定了可使YSZ电解质膜管获得最佳烧结性能的烧结温度。研究结果表明，真空注浆法是一种制备高烧结性能YSZ电解质膜管的简单方法。用这一方法已制备出相对密度为98.1%、长度为254mm的致密YSZ电解质膜管，其烧结温度范围比传统注浆法制备YSZ电解质管降低了190～200℃。研究还表明，随烧结温度升高，样品致密度增大，导电性能也逐渐提高。经1600℃烧结2h样品的烧结密度和导电性能均达到最佳值；进一步提高烧结温度，样品的致密度和电学性能均有所下降。     

固体氧化物燃料电池多层复合阴极的制备及性能研究

为了改善固体氧化物燃料电池的阴极热循环性能,采用喷涂方法在Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）电解质片的表面制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3（LSCF）-（SDC）3层复合阴极,各层LSCF所占比例依次为40%、70%和100%（质量分数）.X射线衍射结果表明,LSCF与SDC无明显的反应.每层材料的热膨胀系数随LSCF含量的增加而增大,电阻率随LSCF含量的增加而下降.SEM观测证明阴极呈现多孔的微结构,且与电解质表面接触良好.在中温（500～800℃）测得的阴极极化曲线和阻抗谱结果表明,多层阴极材料具有比单层LSCF阴极更好的电化学性能和热循环稳定性,5次热循环后性能衰退从58%下降到12%.     

锅炉高温蒸汽氧化治理技术研究

根据锅炉高温受热面氧化皮生成与剥落特点,对导致超临界锅炉氧化皮大面积剥落的原因进行了分析,并从运行、检修和设备选型方面提出了治理措施.     

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。     

单气室固体氧化物燃料电池的研究及进展

单气室固体氧化物燃料电池是一种工作在燃料和空气混合气氛下的新型燃料电池。它是利用阳极和阴极对工作气体的选择性电催化的差异来工作的。最近几年,单气室固体氧化物燃料电池得到了快速发展并出现了一些新的趋势,重点评述了在电池结构、电极材料和影响因素等方面的研究进展。     

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。     

阵列式铂电阻液位传感器研究

目前广泛使用的各种液位传感器原理众多,但在解决某些特定问题时均有其不足之处。基于发热体在液体和气体中换热系数的显著差异,提出了一种阵列式铂电阻液位传感器的原理方案,进行了理论分析并用铂电阻进行了实验研究。结果表明:利用这种阵列式液位传感器可以有效地实现液位测量,通过简单的参数设定,即可适用于各种不同液体的液位测量。