PMMA含量对水系流延IT-SOFC性能的影响

通过向阳极添加单一分散性的球形造孔剂PMMA改善阳极的微观结构,研究不同含量的PMMA对阳极的孔隙率、显微结构、电性能的影响。文中分别制备了造孔剂(PMMA)含量分别为6wt.%、8wt.%、10wt.%和12wt.%四种阳极材料的单电池,通过测试阳极还原前的开口气孔率分别为17vol.%,22.4vol.%,30.6vol.%和42.1vol.%;单电池的最大功率密度分别为0.66W/cm2、0.78W/cm2、1.15W/cm2和1.01W/cm2;极化电阻分别为1.12Ω.cm2、1.03Ω.cm2、0.88Ω.cm2和1.02Ω.cm2。实验结果表明:以单一分散性的球形PMMA为SOFC阳极材料的造孔剂,其最佳添加量为10wt.%,所制备的单电池可以获得最佳的电化学性能,即以3%H2O+H2为燃料气,750℃下,单电池的开路电压(OCV)为1.01V,最大功率密度为1.15W/cm2,极化电阻为0.88Ω.cm2。     

沉淀法制备中温固体氧化物燃料电池电解质材料8YSZ

以Zr （NO3）4·5H2O与Y（NO3）3·6H2O为主要原料,以柠檬酸为缓冲溶液,采用沉淀法制备电解质用8YSZ粉体,利用涂覆法在水系流延技术制备的半电池上涂覆LSM阴极得到单电池.运用XRD、TEM、激光粒度仪、SEM和电化学工作站等测试手段对粉体的物相、结构和粒度分布及单电池的结构与电性能进行了表征.研究结果表明,分散均匀、颗粒尺寸为50～100 nm、立方相8YSZ电解质在1375℃烧成具有高致密度,单电池在750℃时,以氢气和3％水蒸汽为燃料气,空气为氧化气的条件下,获得了开路电压为1.13 V,最大功率为0.93 w/cm2,欧姆阻抗为0.19Ωcm2和极化阻抗为0.65 Ωcm2的电性能.     

阳极NiO/YSZ含量对SOFC电化学性能的影响

采用水系流延技术制备电解质,利用涂覆法分别在电解质面涂覆Ni O/YSZ阳极和LSM/YSZ阴极得到电解质支撑型单电池。采用SEM和电化学工作站等测试手段分别对半电池的结构和单电池的电性能进行表征。研究结果表明,经1500℃保温2h烧成电解质,经1250℃保温2 h烧成半电池,电解质表面致密,阳极与电解质结合性好。Ni O/YSZ=6∶4阳极的单电池以氢气+3%H2O为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行的最大功率密度为0.20 W/cm2,极化阻抗为0.98Ω·cm2。     

阳极功能层对SOFC单电池电性能的影响

采用水系流延(含双层水系流延)技术流延电解质/阳极(阳极功能层),叠压共烧技术制备大规格阳极支撑型半电池,利用丝网印刷技术印刷LSM-YSZ阴极,经烧成后获得单电池,对比研究了阳极功能层对SOFC单电池电性能的影响。采用SEM、电子负载及电化学工作站对单电池结构和电性能进行了表征。研究结果表明,阴极、电解质、阳极功能层和阳极支撑层之间结合紧密,阳极功能层的结构均匀,平均孔径为1.12μm。在单电池中增加阳极功能层,单电池以H_2+3%水蒸气为燃料气,空气为氧化气在750℃的最大功率密度由0.21W/cm~2变为0.31W/cm~2,极化阻抗由0.98Ω·cm~2降至0.69Ω·cm~2,单电池放电100h后衰减率由6.94%降至2.63%,衰减率降低了62.1%。     

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。     

阳极功能层厚度对中温固体氧化物燃料电池电性能的影响

采用水系流延成型工艺,研究了阳极支撑型中温SOFC阳极功能层厚度对中温SOFC电性能的影响,运用电化学工作站对单电池的电性能进行了表征。结果表明,在相同的运行温度下,单电池的功率密度随着功能层厚度的增加而减小,而极化阻抗则相应增加;单电池的功率密度随着运行温度的提高而增大,对应的极化阻抗则减小。以H2＋3%水蒸气为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行条件下,功能层厚度为25μm、30μm和35μm的单电池的功率密度分别为0.31 W/cm^2、0.10 W/cm^2和0.07 W/cm^2,相应的极化阻抗则分别为1.05Ωcm^2、2.41Ωcm^2和3.08Ωcm^2;阳极功能层厚度为25μm的单电池的测试温度在700℃、750℃和800℃,其功率密度分别为0.22 W/cm^2、0.31 W/cm^2和0.45 W/cm^2,对应极化阻抗分别为1.90Ωcm^2、1.05Ωcm^2和0.67Ω/cm^2。     

沉淀法制备草酸镍对SOFC阳极电性能的影响

以Ni(NO3)2·6H2O为主要原料,氨水为沉淀剂,采用沉淀法制备草酸镍.以草酸镍作为SOFC阳极材料.通过XRD、DTA-TG、SEM和电化学工作站等测试手段分别对粉体物相、热综合分析及电池的结构与电性能进行了表征.研究结果表明,利用沉淀法制备的粉体为单斜晶系的Ni2C2O4·2H2O,以NiC2O4· 2H2O作为阳极材料,具有很高的催化活性,使得单电池在H2燃料气下750℃的开路电压为1.05V,最高功率密度为1.32W/cm2.     

阳极Ni–YSZ添加CeO2对固体氧化物燃料电池性能的影响

采用直接加入CeO2粉和通过Ce（NO3）3溶液包裹NiO粉2种方式对阳极Ni–氧化钇稳定型氧化锆（yttria stabilized zirconia,YSZ）进行修饰,分别研究其对固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）性能的影响,并与不添加CeO2的电池进行对比研究。以氢气为燃料气、在750℃对单电池进行电性能测试,采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和能谱仪对阳极的物相组成和断面形貌进行表征,通过透射电镜观察CeO2对NiO颗粒的包裹形貌。结果表明：通过Ce（NO3）3包裹NiO粉的方法所制备的电池,最大功率密度为0.938W/cm2。其添加的CeO2能有效地阻止Ni颗粒烧结,增强Ni在YSZ网络结构表面的分散,提高电池性能。     

三维有序大/介孔TiO2反opal光阳极制备及光电性能

通过添加不同含量的造孔剂聚乙二醇2000（PEG2000）,在二氧化钛反蛋白石结构（TiO₂反opal）光阳极骨架结构中引入介孔结构,制备出了三维有序大/介孔TiO₂反opal光阳极。用SEM和TEM表征了该光阳极的表面形貌,应用紫外可见光谱表征了其染料吸附-脱附性能,测试了基于该光阳极结构的染料敏化太阳能电池的光电转换特性和阻抗特性。结果表明,介孔结构的引入使TiO₂反opal光阳极染料吸附能力增强,组装为染料敏化太阳能电池（DSSCs）后光电转换效率提高,电池交流阻抗降低。同时,随着PEG2000含量的增加,光电转换性能呈现先增加后减小的趋势,这可能来源于过量的PEG2000可造成宏孔骨架结构的破坏。     

水热法制备纳米NiO粉体及其应用研究

以Ni(NO3)2·6H2O、CO(NH2)2和乙二醇为原料,采用水热法制备纳米Ni O粉体,并将其应用于固体氧化物燃料电池阳极中,采用XRD、激光粒度仪、TEM和电化学工作站分别对粉体的物相、粒度分布、形貌和单电池的电性能进行了表征。研究结果表明,利用水热法制备了纯度高、分散性好的纳米Ni O粉体。将其用于固体氧化物燃料电池的阳极中,该单电池以氢气为燃料,空气为氧化气,在750℃的最大功率密度0.66W/cm2。     

以Ni-YSZ和Sm0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3-δ为电极的微管固体氧化物燃料电池的制备及电化学性能（英文）

分别以Ni-YSZ中空纤维为阳极和Sm0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3–δ–Sm0.2Ce0.8O1.9（SSFCu-SDC）为阴极制备了微管固体氧化物燃料电池（SOFC）。利用扫描电子显微镜（SEM）、电化学工作站表征了微管单电池的显微结构与电化学性能。SEM分析表明,采用相转化法制备的Ni-YSZ中空纤维阳极呈特殊的非对称结构,主要由中间海绵状结构和内外两侧的指孔状多孔结构构成。通过真空辅助浸渍涂覆法和与阳极共烧技术在阳极支撑体上制备了致密的YSZ电解质膜和SDC过渡层。分别采用湿氢为燃料和静态环境空气为氧化剂测定了制备的微管单电池在650～750℃时的电化学性能。结果表明,该微管单电池具有高的输出性能,在750、700℃和650℃时的最大功率密度分别可达到485.9、382.7mW/cm2和260.3mW/cm2。     

中温固体氧化物燃料电池SmBaCo_2O_（5＋δ）–Sm_（0.2）Ce_（0.8）O_（1.9）复合阴极材料的电化学性能

采用柠檬酸–硝酸盐自蔓延燃烧法分别合成了双钙钛矿结构的SmBaCo2O5＋δ（SBCO）阴极粉体和萤石型Sm0.2Ce0.8O1.9（SDC）电解质粉体,按3：2的质量比混合上述粉体研磨后得到复合阴极。利用X射线衍射仪研究化学相容性,直流四端子法测量电导率,热膨胀仪测量热膨胀系数;构建阳极支撑型单电池（Ni-SDC｜SDC｜SBCO-SDC）并进行了性能测试,用扫描电子显微镜观察电池的断面微结构,交流阻抗谱记录界面极化。结果表明：SBCO与SDC在1 000℃无相互作用;450～800℃,复合阴极的电导率在369～234 S/cm之间;SDC的加入降低了复合阴极的热膨胀系数;单电池具有理想的微观结构,阳极｜电解质｜阴极各界面彼此接触良好,650℃时极化电阻仅为0.031.cm2;以H2为燃料气（含体积分数3%水蒸气）,空气为氧化剂,650℃时电池的开路电压为0.77 V,输出功率最大值为640 mW/cm2。预示着SBCO-SDC是中温固体氧化物燃料电池有潜力的阴极材料。     

Novel polymer fibers prepared by electrospinning for use as the pore-former for the anode of solid oxide fuel cell

One-dimensional polyvinyl alcohol (PVA) fibers prepared by electrospinning technique are used as a novel pore-former for the conventional NiO/yttria-stabilized zirconia (YSZ) anodes of solid oxide fuel cell (SOFC). This pore-former forms wire-like pores in the anode substrates, which are beneficial for rapid transport of the fuel and byproduct. The advantage of using this pore-former over the conventional ones (e.g. wheat flour and carbon) is that only a small amount of fibers could generate large amount of continuous pores within the anode for gas transport. In addition the cell with PVA fibers as pore-former for anode exhibits enhanced anode electrocatalytic activity and the cell performance significantly, compared to the cells without pore-former and with wheat flour as pore-former. In this research, an anode-supported SOFC with PVA fibers as pore-former for anode exhibits an open-circuit voltage (OCV) of 1.08 V and maximum power density of 751 mW cm⁻² at 800 °C.     

非贵金属催化碱性硫离子-空气燃料电池

以碱性硫离子电解液作为阳极燃料构建了硫离子-氧气燃料电池体系,采用粉末活性炭材料制备了涂膏电极,将碱性硫化钠溶液作为阳极燃料,通过建立电化学三电极模型对电极在碱性硫离子溶液中的放电性能进行研究,主要考察了硫离子浓度、体系温度对开路电位以及放电平台的影响。电极在碱性硫离子溶液中具有较负的开路电位和稳定的放电平台;通过单体电池测试在0.24V电压下获得11mW/cm2的最大功率密度,此时电池的电流密度为46mA/cm2,证明碱性硫离子燃料电池在阳极不使用贵金属催化剂的情况下表现出良好的放电性能,是一种具有潜在研究价值和广泛应用前景的电化学体系。     

复合阳极Ni-Fe/Ce0.9Gd0.1O1.95在阴极支撑单电池的性能及其表征

为了提高固体氧化物燃料电池在中温条件下的电性能,探索了一种双金属阳极的阴极支撑单电池。单电池以La_0.6Sr_0.4CoO₃（LSC）-Ce_0.9Gd_0.1O_1.95（GDC）为阴极支撑体,旋涂了甘氨酸-硝酸盐法制备的La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ（LSGM）电解质及Sm_0.2Ce_0.8O_1.9（SDC）缓冲层,涂覆了由硬模板法和浸渍法结合制备的Ni-Fe/GDC双金属阳极。对制备材料进行了XRD和微观形貌分析,单电池电化学测试在800 ℃和750 ℃下,以氢气为燃料的最大功率密度达0.73 W/cm²和0.64 W/cm²,以甲烷为燃料时达0.41 W/cm²和0.40 W/cm²。测试后的SEM表明,阳极具有多孔的微观结构,金属颗粒均匀包覆蠕虫状GDC,保证了单电池具有较高的发电性能。     

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.     

金属硫化物作为阳极材料对H2S固体氧化物燃料电池性能研究

Two anode catalysts with Pt, MoS2 and composite metal sulfides (MoS2+NiS), are investigated forelectrochemical oxidation of hydrogen sulfide in solid oxide fuel cell (SOFC) at temperatures 750-850℃. Thecatalysts comprising MoS2 and MoS2+NiS exhibited good electrical conductivity and catalytic activity. MoS2 andcomposite catalysts were found to be more active than Pt, a widely used catalyst for high temperature H2S/O2fuel cell at 750-850℃. However, MoS2 itself sublimes above 450℃. In contrast, composite catalysts containingboth Mo and transition metal (Ni) are shown to be stable and effective in promoting the oxidation of H2S in SOFCup to 850℃. However, electric contact is poor between the platinum current collecting layer and the compositemetal sulfide layer, so that the cell performance becomes worse. This problem is overcome by adding conductiveAg powder into the anode layer (forming MoS2+NiS+Ag anode material) to increase anode electrical conductanceinstead of applying a thin layer of platinum on the top of anode.