直通孔陶瓷在固体氧化物燃料电池中的应用EI北大核心CSCD

采用海藻酸钠自组装法制备了具有定向直通孔道的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)支撑体,向多孔支撑体内部浸渍Ni纳米粒子得到固体氧化物燃料电池的阳极。结果表明:YSZ支撑体的孔径随固相含量的增大而减小,同时也随着CaCl2溶液浓度的增大而减小。使用氢气为燃料、空气为氧化剂,Ni–YSZ/YSZ/LSM–SDC电池在650℃的开路电压在1 V以上,800℃时的最大功率密度为225 m W/cm2。通过调节阳极的孔隙率及电解质厚度有望大幅度提高电池的输出性能,实现直通孔陶瓷在固体氧化物燃料电池上的应用。     

直孔阳极支撑体及阳极功能层的制备方法及其单电池性能

采用海藻酸盐离子凝胶法制备直孔Ni–YSZ阳极支撑体,制备了一体化的Ni–YSZ阳极支撑体及阳极功能层(AFL).直孔Ni–YSZ阳极支撑体内分布着大量直通孔道,孔径约为80μm,采用浆料旋涂法在其上制备的Ni–YSZ阳极功能层厚度为130μm.而采用一体化法制备的阳极支撑体,其孔道呈发散状分布,孔径在20～60μm之...     

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。     

稀薄燃料气氛下中空全对称双阴极SOFC的电化学特性EI北大核心CSCD

制作了LSCF/GDC/8YSZ/NiO-8YSZ/NiO-3YSZ/NiO-8YSZ/8YSZ/GDC/LSCF中空全对称双阴极阳极支撑平板式固体氧化物燃料电池（SOFC）,研究了其在稀薄燃料气氛下的电化学特性。结果表明：该结构电池在稀薄燃料气氛下稳定循环放电11次后依然保持稳定,在纯N2气氛下电池的最大输出功率密度可达8.79 mW/cm^2。该结构电池中Ni与NiO所形成的氧化还原不仅对电池性能无影响,并且还能够作为储能媒介,为后续发展以电池阳极金属作为储能介质的高温固态电池提供了可能。     

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。     

稀薄燃料气氛下中空全对称双阴极SOFC的电化学特性

制作了LSCF/GDC/8YSZ/NiO-8YSZ/NiO-3YSZ/NiO-8YSZ/8YSZ/GDC/LSCF中空全对称双阴极阳极支撑平板式固体氧化物燃料电池(SOFC),研究了其在稀薄燃料气氛下的电化学特性。结果表明:该结构电池在稀薄燃料气氛下稳定循环放电11次后依然保持稳定,在纯N_2气氛下电池的最大输出功率密度可达8.79 mW/cm~2。该结构电池中Ni与NiO所形成的氧化还原不仅对电池性能无影响,并且还能够作为储能媒介,为后续发展以电池阳极金属作为储能介质的高温固态电池提供了可能。     

直接甲烷燃料的SOFC复合阳极制备及研究

积碳是限制直接碳氢燃料电池阳极发展的瓶颈问题。本文采用浸渍法,在固体氧化物燃料电池Ni/YSZ阳极上制备纳米Ru层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)对阳极成分和结构进行表征发现:显微结构良好的Ru催化层和纳米级Ru颗粒均匀的分散于Ni-YSZ阳极内部。以甲烷为燃料,单电池在750℃的温度下,浸渍了0.67 mol%Ru的Ru-Ni-YSZ||YSZ||Ag单电池获得最大功率密度可达374 mW/cm~2。电池恒电流200 mA/cm~2条件下进行运行,电压维持在0.85 V连续运行20 h没有发生降低。相较于未浸渍的单电池,添加了Ru层的电池的电性能及抗积碳性能获得明显提高。     

实心多孔支撑体全膜化微型固体氧化物燃料电池的制备及性能

提出一种实心多孔支撑体全膜化微型固体氧化物燃料电池(micro solid oxide fuel cell,μSOFC)设计模型.电池用氧化钇部分稳定的氧化锆[(ZrO2)0.97(Y2O3)0.03,partially stabilized zirconia,PSZ]多孔陶瓷作为支撑体,在其上制备NiO-YSZ阳极层,分别采用离心和浸渍两种成膜工艺制备YSZ电解质膜,以La0.8Sr0.2MnO3-YSZ复合材料为阴极,对组装好的单电池进行了电化学性能测试.在850℃和800℃时,离心沉积工艺制备的单电池最大输出功率密度分别为286 mW/cm2和254 mW/cm2,而浸渍涂布法制备单电池的最大输出功率密度则分别达到572 mW/cm2和388 mW/cm2.电化学阻抗谱显示;电极极化是影响电池性能的主要因素.     

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.     

硬模板法制备固体氧化物燃料电池复合阳极GDC–SrMoO_4–YSZ

以活性炭纤维为模板,用硬模板法合成钙钛矿材料Sr Mo O_4,并在Sr Mo O_4阳极上浸渍Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC),制备出GDC–Sr Mo O_4–YSZ复合阳极。分别以Sr Mo O_4–YSZ和GDC–Sr Mo O_4–YSZ为阳极,制备了固体氧化物燃料单电池,并测试了其电性能。探究了不同浸渍次序下,阳极的材料组成对电池发电性能的影响。结果表明,以CH4为燃料,工作温度为800℃时,Sr Mo O_4中浸渍GDC质量分数为50%,Sr Mo O_4与YSZ质量比为5:5的阳极材料,最大功率密度为317.15 m W/cm~2;Sr Mo O_4–YSZ中GDC浸渍量为50%时,单电池性能最佳,最大功率达到361.01 m W/cm~2。     

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。     

固体氧化物燃料NiO–YSZ/YSZ半电池的冲击力学性能

应用Hopkinson压杆装置,研究了阳极支撑固体氧化物燃料电池片(SOFC)半电池NiO–YSZ/YSZ的冲击力学性能,得到了半电池薄片在不同应变率下的应力–应变曲线,分析了半电池中的应力波传播特性及其应变率效应。结果表明:半电池薄片在冲击载荷下,弹性变形范围很小,塑性屈服极限强度较小,且对应的应变值也较小。在半电池样品的极限强度范围内,随着应变的增大,半电池样品薄片的动态应力–应变曲线的切线模量减小,属于递减硬化材料;半电池中的应力波传播速率减小。随着应变率的增加,半电池薄片的极限强度增大,应变率效应明显。另外,随着波阻抗比的增大,半电池薄片中应力–应变"均匀化"分布的透射–反射次数随之减小。     

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。     

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）是当今一种先进的能量转换装置，具有能量转换效率高、环境友好、燃料适用性强和无腐蚀等突出优点。该电池通常用陶瓷作组装材料，操作温度为600－1000℃。详细介绍了固体氧化物燃料电池各元件的材料，包括Y2O3稳定化的ZrO2固体电解质，Ni/稳定化ZrO2阳极，掺杂的LaMnO3阴极以及掺杂的LaCrO3连接材料等。     

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...     

多层水系流延和共烧法制备具有阳极功能层固体氧化物燃料电池

采用多层水系流延和共烧方法制备具有阳极功能层的单电池。阳极基底、阳极功能层、电解质层和阴极层分别为Ni-YSZ、Ni-ScSZ、YSZ和LSM-ScSZ。在H2/空气气氛中,分别在700、750、800℃测试具有阳极功能层的单电池,其最大功率密度分别为：0.30、0.55W/cm2和0.8W/cm2;其对应的电池欧姆电阻（R0）分别为0.39、0.30cm2和0.19cm2。电池的极化电阻则分别为1.28、0.91cm2和0.62cm2。采用相同工艺制备无阳极功能层的单电池,其在700、750、800℃的最大功率密度分别为0.21、0.31W/cm2和0.56W/cm2,对应的R0为0.41、0.39cm2和0.28cm2。电池的极化电阻为1.40、1.27cm2和0.91cm2。这说明采用的多层水系流延和共烧法制备的固体氧化物燃料电池的阳极功能层能有效减小电池的活化极化,从而提高单电池的电化学性能。     

以氨为燃料的管式固体氧化物燃料电池研究

管式固体氧化物燃料电池(t-SOFC)具有易于担载催化剂、易封接等优点。本文开发了Ni O-YSZ阳极支撑型t-SOFC,测试了其分别以氢气和氨气为燃料时的电化学性能。800℃,以氨气为燃料时,电池的最大功率密度略低于氢气。阻抗谱的弛豫时间分布(DRT)分析表明电池性能与氨气的分解和三相界面的离子交换有关。通过浸渍Co-Ni(3:1)纳米催化剂,800℃时氨燃料电池功率密度可提升至159.1m W/cm²,同时稳定性有所改善。     

Ni-ZrO2金属陶瓷电极材料的研究

用普通陶瓷工艺制备了固体氧化物燃料电池(SOFCs)阳极用Ni/ZrO2金属陶瓷,用SEM、XRD等手段研究了Ni/ZrO2金属陶瓷的显微结构,并测试了Ni/ZrO2材料的热膨胀和电导率,综合以上三项对Ni/ZrO2金属陶瓷用作固体氧化物燃料电池的阳极材料性能进行评价,筛选了配方,并对制备工艺进行了讨论.     

Ni—ZrO2金属陶瓷电极材料的研究

用普通陶瓷工艺制备了固体氧化物燃料电池（SOFCs)阳极用Ni/ZrO2金属陶瓷,用SEM、XRD等手段研究了Ni/ZrO2金属陶瓷的显微结构,并测试了Ni/ZrO2材料的热膨胀和电导率,综合以上三项对Ni/ZrO2金属陶瓷用作固体氧化物燃料电池的阳极材料性能进行评价,筛选了配方,并对制备工艺进行了讨论。     

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。