固体氧化物燃料电池(SOFC)钛基钙钛矿阳极的研究进展

燃料电池是一种把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为第四代燃料电池,其结构为全固态结构,在中高温条件下工作。SOFC具备燃料范围广、材料成本低、使用寿命长、发电效率高、余热利用价值高等优点。SOFC阳极为从外界输运过来的燃料与从阴极传递过来的氧离子发生电化学反应提供场所。开发高性价比的阳极是提高SOFC性能、降低其制造成本的关键。SOFC阳极材料包括贵金属、Ni基材料、Cu基材料、钙钛矿等。然而,贵金属阳极受成本制约较为严重,Ni基阳极在使用碳氢燃料时易产生积碳而降低其使用寿命,Cu基阳极的电化学活性较低。钙钛矿阳极因其稳定的结构、较高的抗积碳和耐硫毒化能力而得到广泛关注,近年来各类钙钛矿阳极的报道层出不穷。钛基钙钛矿因其较好的催化活性、电化学稳定性、抗硫中毒及抗积碳性能成为近年来SOFC阳极研究的热点。但相较传统Ni基阳极,钛基钙钛矿仍存在催化活性和电导率较低等问题。因此,若将钛基钙钛矿阳极直接应用于SOFC中则无法满足大功率放电需求。近年来,研究者们发现可以采用掺杂、复合改性等方法来提高钛基钙钛矿阳极的电化学活性。本文以目前研究较为广泛的La掺杂钛酸锶、Y掺杂钛酸锶和其他体系的钛基钙钛矿作为对象,重点讨论了钛基钙钛矿的改性方法(如掺杂和复合)和研究进展,并给出钛基钙钛矿的发展方向。本文将为高活性、高稳定性SOFC钙钛矿阳极的研究开发提供参考依据。     

电动汽车和相关电源材料的现状与前景

论述了电动汽车（EV）、电动汽车用镍氢电池、锂离子电池、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及相关材料的研发现状、产业化前景，指出以电动汽车代替燃油内燃机汽车，以氢能代替碳基燃料，是当前运输业的主要发展方向。     

低温固体氧化物燃料电池电解质材料

低温化是固体氧化物燃料电池(SOFC)发电技术的重要发展趋势。SOFC工作温度的降低不仅可极大地降低材料及制备成本,更重要的是可极大地提高其长期运行的稳定性。电解质是SOFC的核心部件,可以采用电解质薄膜化或新型电解质材料来降低SOFC的工作温度。本文概述了目前被广泛研究的低温SOFC的电解质材料,并从其结构及性能出发,重点阐述了它们各自的优点和局限性。     

碳基固体氧化物燃料电池理论模拟概述

主要对碳基固体氧化物燃料电池(SOFC)中三传二反的控制方程、不同尺度的不同物理场理论模型以及碳基燃料的重整、催化和硫化等方面进行概括总结。SOFC有可使用氢气、一氧化碳、甲烷和其他的碳氢化合物作为燃料进行电化学反应的燃料灵活性,但使用碳氢燃料需要解决诸如碳基燃料的重整、电极的催化、积碳和硫化等问题。电池内部反应气体的物质输运、电荷输运、能量输运、动量输运和化学及电化学反应状态均可以用偏微分方程来描述。运用这些电化学反应和输运的偏微分方程,结合材料的微观性质,可以建立SOFC的多尺度多物理场模型。通过理论模型研究材料微结构与性质、工作条件、几何构型等参数对电池性能的影响,对SOFC材料组成与电池堆结构进行定量分析和优化设计,可以加速SOFC技术的更快发展。     

纳米CeO_2与碳基低温固体氧化物燃料电池

强调了发展可再生能源的战略意义;阐明了可直接将化学能转化为电能的固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构、特征、优点、应用及其两大研究趋势;评述了目前碳基低温固体氧化物燃料电池的研究进展;重点介绍了作者所在的实验室最近在研究具有微纳结构的CeO_2对碳基低温SOFC性能的影响,并指出:研究结果是初步的,然而是十分令人鼓舞的。     

固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能量转换效率高、环境友好和燃料灵活的全固态发电设备,为能源资源的可持续发展提供选择。氧离子在固体电解质中是通过氧空位传导的,即增大氧空位浓度是提高离子电导率的关键,而高离子电导率的电解质材料促进了SOFC发展。综述了固体电解质的离子传输机制和ZrO_2基电解质、CeO_2基电解质、Bi_2O_3基电解质和LaGaO_3基电解质材料的结构、研究进展以及优缺点,并对未来电解质材料的研究发展趋势进行了展望。     

具有钙钛矿结构的SOFC用电解质材料的最新研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是20世纪80年代迅速发展起来的新型发电技术,能量转换效率可高达70%～80%,被称为21世纪最有前途的绿色能源.主要介绍了固体氧化物燃料电池所用钙钛矿结构电解质材料的研究进展,集中讨论了LaGaO3系、(Ba,Sr)CeO3系和PrGaO3系的结构特性、制备方法、电学性能和应用前景.固体氧化物燃料电池钙钛矿结构电解质材料的发展趋势是:对基质材料进行二元或多元掺杂以形成综合性能更优的复合氧化物;研究和开发与之相适宜的电极材料;进一步提高固体燃料电池的稳定性和能量转换效率.     

哈佛制出新固体氧化物燃料电池 氢耗尽仍可发电

哈佛大学材料科学家通过采用低温运行和使用纳米结构氧化钒作为阳极材料,研发出一种新型固体氧化物燃料电池（SOFC）,既可发电,也可以存储电化学能量,即使氢燃料耗尽仍可持续运行一段时间。研究人员认为,理论上这种氢燃料电池可用于小尺寸便携式设备,如无人机,     

SOFC单电池测试方法

固体氧化物燃料电池(SOFC)性能的测试结果能揭示材料和制备方法及其性能之间的复杂关系,确定燃料电池内部损耗的各种来源,并指导有关材料和制备技术的研发。在SOFC进入商业化发展的前期,测试方法的标准化有助于建立基础研究和开发研究间的有效和可靠联系,实现各研究机构所得测试结果的可比性,从而推动基础研究成果转化为现实的生产力。本文综述了国际上有关单电池标准测试系统的建立和步骤的制定以及测试结果报告的标准化,指出了在我国建立完善的SOFC发电技术标准体系的重要性和迫切性。     

固体氧化物直接碳燃料电池新型阳极研究进展

固体氧化物直接碳燃料电池采用固体氧化物作为电解质, 能够将碳燃料的化学能直接转化为电能, 具有效率高、燃料适应性广、利于CO₂捕集等优点, 在能源与环境问题日益突出的现实条件下展现出广阔的应用前景。固体氧化物直接碳燃料电池中的关键问题在于研发合适的碳燃料转化阳极, 以满足反应催化、物质输运以及杂质耐受等要求。本文系统地总结并分析了多孔固体阳极、熔融碳酸盐阳极和液态金属阳极三类直接燃料电池阳极的结构特性、工作原理、材料特性等, 特别关注了以液态金属作为阳极的直接碳燃料电池, 分析了该类电极的优势, 探讨了未来固体氧化物直接碳燃料电池阳极的发展方向。