SOFC复合孔隙阳极材料的制备及性能研究

使用共流延工艺分别制备了以不同配比可溶性淀粉和碳纤维混合物作为造孔剂的阳极支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC),阳极支撑层具有不规则的球型和直线型交错的复合孔隙,造孔剂总质量分数均为10%。电池以(Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92(8YSZ)及Ni作为阳极材料,其中Ni与8YSZ的质量比为1∶1,以8YSZ作为电解质材料,以(La_0.75Sr_0.25)_0.95MnO_3±δ(LSM)及8YSZ作为阴极材料。使用氢气作为燃料测试了各电池在750℃下的电化学性能,结果表明,淀粉与碳纤维质量之比为1.5的复合造孔剂所制备电池的功率密度最高,可达0.199 W/cm²。扫描电子显微镜法(SEM)图像显示,淀粉和碳纤维在阳极支撑层中所形成的复合孔隙相互交织,连通性较好,具有较理想的微观结构。     

两种8YSZ作为SOFC电解质的比较

从粒径分布、电导率、活化能、致密性及制备的模拟电池的放电性能等方面,对8 mol%Y2O3稳定的ZrO2(8YSZ)(TOSOH 8YSZ和JC 8YSZ)作为固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质进行了比较.结果表明:TOSOH 8YSZ的平均粒径比JC 8YSZ小1.20 μm;TOSOH 8YSZ在1 500℃下烧结的活化能比JC 8YSZ低2.68kj/mol,在800℃时的电导率高0.003 2 S/cm.以TOSOH 8YSZ为电解质的模拟电池,在800℃时的最大功率密度比JC 8YSZ为电解质的高45.45%.SEM测试表明,在1 450～1 500℃下烧结制备的TOSOH 8YSZ的电解质膜更致密.     

BZB和Bi_2O_3添加对NiCuZn铁氧体微观结构及直流偏置特性的影响

在(NiO)_(0.39)(CuO)_(0.21)(ZnO)_(0.39)(Co_2O_3)_(0.005)(Fe_2O_3)_(0.95)的铁氧体预烧粉体中掺杂固定含量的Bi_2O_3-ZnO-B_2O_3(BZB)玻璃和不同含量的Bi_2O_3,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对材料物相组成和微观结构进行了分析,并在此基础上探讨了材料微观结构、矫顽力H_c对材料直流偏置性能的影响。研究发现,适量掺杂时,样品不仅得到最高矫顽力H_c,而且微观形貌呈现出较多特殊多重显微结构。这种特殊显微结构有利于形成较强的退磁场,使样品在较强外加直流偏置场时磁感应强度不易趋于饱和,进而提高样品抗直流偏置能力和饱和磁感应强度。其中,当BZB与Bi_2O_3的掺杂量为0.45 wt%和0.06 wt%时,样品H_(70%)达到最大626 A/m。     

中低温固体氧化物燃料电池复相固体电解质的研究进展

介绍了复相固体电解质材料在中低温固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究进展,重点评述了Y掺杂ZrO2 (YSZ)/绝缘体、掺杂CeO2/绝缘体、掺杂CeO2/无机盐及质子导体基复相电解质材料的结构设计、制备以及电导率和单体电池性能提升的机理.指出了纳米复相电解质材料在中低温SOFC应用的可能性、存在的问题及发展趋势.     

ZrO2基固体氧化物燃料电池中电荷输运研究

分析了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中电子、氧离子在电池的阴极、阳极和电解质中的输运过程以及电子导电型电极有效反应区结构.具体研究了Pt|YSZ|Ag固体氧化物燃料电池(SOFC)的输出功率与电池运行温度的关系并与实验结果进行了对照,探讨了燃料电池中的主要电荷输运过程与电极有效反应区结构的关系以及它们对电池性能的影响因素.研究表明:在固体氧化物燃料电池中,电解质/电极/气体所形成的三相界面的结构、电极本身的导电性能和运行温度都直接影响电池的性能.     

三价离子取代NASICON型固体电解质的制备及其性能

采用磷酸溶液法制备了Li_(1.3)Y_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3(LYTP)、Li_(1.3)La_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3(LLaTP)、Li_(1.3)In_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3(LInTP)三种NAS ICON型固体电解质。讨论了粉末烧结温度、电解质片烧结温度对电解质电导率的影响,结果表明:当电解质粉末的烧结温度为800℃、电解质片的烧结温度为900℃时,所制备电解质的电导率最大,电导率分别为1.85×10~(-4)、1.82×10~(-4)、1.27×10~(-4)S/cm。以制得的LYTP电解质片为电解质,LiFePO_4为正极,组装了固态电池,电池在60℃充放电时,1 C下循环100圈的容量保持率为85%。     

络合燃烧法制备LSCF-6428及其在SOFC中的应用

采用络合燃烧法以柠檬酸作为络合剂和燃烧剂于600℃下成功制备出了固体氧化物燃料电池(SOFC)的阴极材料La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.803-δ(LSCF-6428).采用XRD详细研究了LSCF-6428的成相过程及其与8YSZ[(Y203)0.08(ZrO2)0.92]电解质的反应特性.将LSCF-6428粉配制成浆后,经800℃煅烧就牢固地烧结在8YSZ表面,并且在与8YSZ接触一侧形成了一层致密层.通过扫描电镜仔细观察了电池的微观结构和LSCF-6428粉体煅烧前后的形貌变化,并据此分析了粉体具有高烧结活性的原因.最后采用伏安法和交流阻抗谱法研究了电池的电性能,结果表明,电池的峰值比功率在650、700 ℃和750 ℃下分别达到了406、558 mW/cm2和856 mW/cm2.     

基于H-SOFC阴极材料的研究进展

围绕目前适用于质子导体作为电解质的固体氧化物燃料电池(H-SOFC)的阴极材料的研究进展,着重综述钙钛矿结构、LnBaCo_2O_(5+δ)系列及非钴基阴极材料在各种质子导体电解质上的电导率、热膨胀性能和电化学性能。     

Na2SO4掺杂电解质对硫-氧SOFC性能的影响

以Na2 SO4掺杂8％ Y2O3稳定的ZrO2(8 YSZ)为复合电解质,La0.8 Pr0.2 CrO3、La0.7Sr0.3 MnO3分别为阴、阳极催化剂,组装硫-氧固体氧化物燃料电池(SOFC).使用硫蒸气作为燃料,测试了复合电解质的电化学性能.Na2SO4掺杂8YSZ复合电解质能提高SOFC的电化学性能,其中25％ Na2SO4-8 YSZ的性能更好,在700℃时,具有最大开路电压833 mV;760℃时,达到最大电流密度168 mA/cm2;780℃时,达到最大功率密度127 mW/cm2.     

CH_4-O_2型管状固体氧化物燃料电池电性能的研究

研制了管状固体氧化物燃料电池(SOFC)试验系统,电池的结构形式分别是:(一)Pt|YSZ|Pt(+)和(-)Pt|YSZ|La(Sr)MnO_3(+)以CH_4为燃料,O_2为氧化剂气体,对所研制的管状SOFC试验电池的电性能进行了研究.考察了500～700℃温度范围内的电流电压特性和电流功率特性.研究结果表明,甲烷无需经水蒸汽转化,直接送入SOFC试验电池系统,就有明显的电流产生,电池的输出电流和输出功率随温度的升高而显著提高.分析了甲烷在SOFC内直接进行电化学反应的机理,固体电解质可作为离子源或离子接受体,形成反应活性位,控制金属电极催化剂的功函,促进甲烷在阳极的氧化反应.     

制备工艺对(ZrO2)0.90-(Y2O3)0.04-(CaO)0.06电解质材料电性能的影响

目前ZrO2基三元系材料的研究是固体电解质材料领域的一个热点.在关于ZrO2-Y2O3-CaO系统电解质材料电性能研究的前期工作的基础上,探讨了不同的制备工艺对(ZrO2)0.90-(Y2O3)0.04-(CaO)0.06材料的电导率的影响问题,发现:对于常规烧结的试样,其电导率随相对密度的提高而增大;与常规烧结相比,微波烧结能使材料具有更均匀的微观结构,更小的晶粒平均尺寸.较小的晶粒尺寸导致的较为显著的晶界效应是微波烧结试样的电导率有所降低的主要原因.由于微波烧结可以改善材料的力学性能,因此认为微波烧结是制备ZrO2-Y2O3-CaO系统电解质材料的一条有效途径.     

YSZ-Al2O3电解质膜管制备及其应用

以吡啶为分散剂,采用真空注浆法制备出膜厚为0．2 mm、长度为35 mm的致密YSZ-Al2O3电解质膜管,研究了烧结温度对样品致密度和离子电导率的影响,确定了获得电解质膜管综合性能的最佳烧结温度范围。用1 650 ℃烧结2 h制备的致密YSZ-Al2O3电解质膜管组装成固体氧化物燃料电池,以氢气为燃料,研究了电池在600～850 ℃电池的电性能。实验结果表明,真空注浆法可制备出具有高密度和高电导率的YSZ-Al2O3电解质膜管,经1 600 ℃烧结2 h其相对密度已达理论密度的99．0％,接近理论密度。单电池的开路电压最大值为1．164 V,850 ℃时输出功率为0．42 W。     

The comparison of SrTi0.98Nb0.02O3–δ-CeO2 and SrTi0.98Nb0.02O3–δ-YSZ composites for use in SOFC anodes

Composites of Nb-doped strontium titanate mixed with yttria-stabilized zirconia or cerium oxide in 50:50, 70:30 and 85:15 weight ratios were evaluated as possible anode/electrolyte interface materials for solid oxide fuel cells in terms of chemical compatibility, electrical conductivity and mechanical properties. It has been shown that composite samples prepared by typical powder-mixing methods remain single-phase up to 1400°C. The electrical conductivity of these composites, regardless of their composition and fabrication conditions, is lower than the conductivity of pure SrTi_0.98Nb_0.02O_3–δ, but in most cases sufficient for solid oxide fuel cells anode application. The best properties are found for samples reduced at 1400°C for 10?h in H₂ atmosphere. The observations made by scanning electron microscope suggest that the grains of both phases are well-distributed throughout the whole volume of the investigated samples, and that the composites with CeO₂ better adhere to the electrolyte surface. The electrical results confirm that composites with at most 30 wt % of YSZ/CeO₂ phase fulfill the anode requirements. However, the fuel cell performance tests indicate that the application of composite with CeO₂ results in the lower power density than the application of the composite with YSZ.     

中低温SOFC电解质材料研究新进展

综述了近年来国内外用于中低温固体氧化物燃料电池的CeO2基、Bi2O3基、钙钛矿类和磷灰石类电解质材料的研究进展和发展趋势,分析了对电解质性能产生影响的因素,指出了今后研究中亟待解决的问题,讨论了颇受关注的低温下具有低活化能和高氧离子电导率的磷灰石类新型电解质材料。     

电极/电解质间Sm掺杂的CeO2夹层的研究进展

回顾了Sm掺杂的CeO2(SDC)作为固体氧化物燃料电池(SOFC)电极/电解质间夹层,分别在摩尔分数8%的Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)基、Sr和Mg掺杂的镓酸镧(LSGM)基和摩尔分数10%Sc稳定的ZrO2(SSZ)基SOFC中的研究进展,讨论了制备方法和工艺对SDC夹层性能的影响。从材料的化学相容性和热膨胀匹配等方面阐述了制备SDC夹层的目的,对SDC夹层大大提高电极性能进行了详尽的机理分析。指明了SDC夹层的重要作用和发展前景。     

Effects of size on the phase stability and conductivity of double-doped δ-Bi 2 O 3

Nano and micro (Bi2O3)1-x-y(Eu2O3)x(Er2O3)y (x = 0.1, 0.15, y = 0.05, 0.2) double-doped system materials are synthesized by exploiting solid-state synthesis techniques. When we use nano sized powders to synthesize the samples we call them nano; when we use micro sized powders, we call them micro. The thermal, structural, morphological and electrical properties of nano and micro structured electrolyte samples for solid oxide fuel cells (SOFCs) are characterized. As a result of XRD measurements, the face centered δ-Bi2O3 (cubic) phase is obtained for all nano samples. However, the mixed phase is obtained for some micro samples. The electrical measurements show that conductivity decreases when the amount of Er2O3 is increased. The principal conclusion of the study is that the size effect provides relatively good structural stability in intermediate temperature SOFCs (IT-SOFCs); also, the nano-Bi2O3 system has the lowest activation energy and demonstrates high electrical conductivity.     

固体氧化物燃料电池用YSZ电解质纳米粉体的湿法工艺进展

综述了固体氧化物燃料电池电解质材料———钇稳定氧化锆(YSZ)纳米粉体的各种湿化学制备方法,包括溶剂蒸发法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法和低温燃烧合成工艺等,比较了它们各自的特点,并对这些方法进行了评述和展望。     

两种不同阴极材料的固体氧化物燃料电池

研制了两种不同阴极材料的固体氧化物燃料电池Pt|YSZ|Ag和LSM |YSZ|Ag ,并测试了电池的开路电压与运行温度的变化关系。由实验可知 ,随着温度的升高电池的开路电压增大 ,它们的变化趋势不仅受温度的影响 ,还与阴极材料的结构、导电性能和反应机制有关。Pt|YSZ|Ag中电池Pt阴极具有电子导电性 ,电化学反应有效区域局限在三相界面 ,但Pt催化活性高 ,Pt|YSZ|Ag具有较好的中温输出性能。LSM |YSZ|Ag电池中LSM阴极具有电子 离子混合导电性 ,其电化学反应有效区域由三相界面扩展到两相界面 ,但在温度较低时LSM催化活性较低 ,在较高温度下才有高催化活性 ,因而LSM |YSZ|Ag在高温下输出性能明显提高     

On the variability of reported ionic conductivity in nanoscale YSZ thin films

Yttria-stabilized zirconia (YSZ) is the most common material used as a solid oxide electrolyte, which is a key component in solid oxide fuel cells, solid oxide electrolysis cells, and certain chemical sensors. High efficiency in these devices requires increased oxygen ion conductance at intermediate temperatures. Nanoscale YSZ thin films are quite promising in this regard, as the conduction path may be reduced below what is conventionally achievable. Still, as the thickness is decreased to nanoscale, structural properties like lattice parameter and grain morphology are typically altered. These may affect the electrochemical properties in non-trivial ways. Recent reports on nanoscale YSZ thin films have provided inconsistent and, at times, controversial results. In this paper, we present a review of reports on nanoscale YSZ thin films, focusing principally on single component YSZ films as opposed to heterogeneous multilayer films. Reports of significantly increased conductivity come from studies that use a variety of substrates, grain morphologies, and, to some extent, film thicknesses. Mechanical strain in the films is not typically reported but is a suspected cause of the variability in conductivity.     

SOFC电解质薄膜YSZ制备技术

综述了固体氧化物燃料电池 (SOFC)电解质薄膜YSZ的制备方法 ,通过EPD、APS、VPS、EVD、Sol Gel和流延、轧膜、丝网印刷等方法都可以制备YSZ薄膜。从成膜质量上比较 ,APS、VPS、EVD等方法制得的YSZ薄膜气密性好 ;从生产成本上分析 ,由高到低依次是VPS、APS、EVD、Sol Gel和流延、轧膜、丝网印刷等陶瓷成膜方法。目前 ,制备YSZ电解质薄膜使用较多的是APS、EVD ,最适合大工业化生产、成本低廉的是陶瓷薄膜成型方法 ,市场前景广阔