Pr掺杂Sm0.5Sr0.5CoO3阴极的性能研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)因能量转换效率高,绿色无污染而备受关注。研究发现,钙钛矿结构的Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC)是电子-离子混合导体,具有良好的氧还原活性,以及电导率高、极化电阻低等优点。为了探究镧系元素Pr掺杂对SSC阴极性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备Pr_xSm_0.5-xSr_0.5CoO₃(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)阴极粉体,对其进行一系列表征和电化学性能测试。电化学阻抗谱(EIS)测试表明,当Pr掺杂量为0.3时,PSSC-30阴极在550～750℃范围内的极化电阻均小于其他掺杂量;在700℃时,全电池的功率密度达到最大,为311.06mW/cm²。     

Ni浸渍的LST-SSZ复合阳极及其直接甲烷固体氧化物燃料电池研究

La_0.2Sr_0.8TiO₃ (LST) 对于直接甲烷为燃料的固体氧化物燃料电池而言是一种具有潜力的阳极材料。本研究采用传统的固相反应法合成了LST粉体, 按照质量比5: 5混合LST和Sc_0.1Zr_0.9O₂(SSZ)粉体, 以此复合阳极材料制备对称电池并测试其极化阻抗。在氢气气氛中700、750和800℃时阳极极化阻抗分别为5.3、3.0以及2.0 ?·cm²。鉴于LST的电导率较低, 我们通过浸渍工艺加入10wt%的Ni来提高复合阳极的电导率和催化活性, 复合阳极测得的极化阻抗明显减小。以10wt%Ni-LST-SSZ作为阳极材料制备出的阴极支撑型单电池, 其在氢气和甲烷中的最大功率密度分别可达到225 mW/cm²和175 mW/cm², 并且在甲烷燃料中放电时表现出了较好的稳定性。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料SrCo1-xGaxO3-δ的制备及性能研究

采用EDTA-柠檬酸联合络合法制备了SrCo_1-xGa_xO_3-δ (x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)系列阴极材料。通过 X 射线衍射、热膨胀测试、X 射线光电子能谱和电化学阻抗谱等方法对试样进行分析, 研究了Ga掺杂量对材料性能的影响。结果表明试样均为钙铁矿结构, 随着 Ga 含量的增加, 阴极粉体材料热膨胀系数、电导率和阴极材料表面的吸附氧逐渐减小。其中, SrCo_0.8Ga_0.2O_3-δ的面电阻最小, 600℃时为 0.73 Ω•cm², 以其为阴极的单电池在650℃的工作温度下的最大输出功率达 0.484 W/cm²。     

全对称构型金属支撑固体氧化物燃料电池

与传统的全陶瓷结构的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)相比, 金属支撑固体氧化物燃料电池(MS-SOFCs)具有材料成本低, 结构稳定性高, 抗热震性高等优点。为了促进SOFC的商业化, 采用流延-烧结-浸渗工艺制备了Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ(SDC)-430L阳极/Zr_0.88Sc_0.22Ce_0.01O_2.12(SSZ)电解质/SDC-430L阴极构型的全对称结构金属支撑固体氧化物燃料电池(MS-SOFC)。电池以湿氢气为燃料、空气为氧化气, 在600、650和700℃时的最大功率密度为220、250和280 mW/cm²。电化学阻抗谱的测试表明, 电池的性能由SDC-430L电极的极化阻抗所主导, 在700、650和600℃时, 电池欧姆阻抗分别为0.16、0.21和0.29 Ω•cm², 极化阻抗分别为0.67、0.90 和1.22 Ω•cm²。与阳极相比, 阴极的极化阻抗更为显著。对称SDC-430L电池在3%H₂O-97%H₂和空气气氛中测得的极化阻抗分别为0.23和1.92 Ω•cm² (650℃)。进一步优化电池结构(例如采用更加精细的430L骨架)和催化材料(例如含有Ag、Pt的复合材料)将有助于提升该MS-SOFC的电化学性能。     

锆掺杂磷灰石型硅酸镧制备及其电导增强机理

采用尿素-硝酸盐燃烧法在600℃下制备了Zr掺杂磷灰石型硅酸镧La_9.33Si_6-xZr_xO₆(x=0.00、0.05、0.10、0.15、0.20)(LSZO)。根据线收缩率、致密度和SEM形貌图确定了最佳烧结温度为1550℃;运用XPS和IR等表征手段确定了掺杂位点，Zr⁴⁺进入晶格内部取代部分Si⁴⁺形成[Si(Zr)O₄]四面体；EIS测试表明：Zr掺杂都能提高LSO的电导率，未掺杂的La_9.33Si₆O₂₆在600℃下的电导率为3.31×10^-5 S·cm^-1,La_9.33Si_5.90Zr_0.10O₂₆有着最佳电导，性能(600℃测试温度下电导率到达8.79×10^-4 S·cm^-1)活化...     

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-Ce0.9Gd0.1O2-δ中低温固体氧化物燃料电池复相阴极的研究

采用溶胶-凝胶法制备Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(BSCF)粉体后, 使用Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ(GDC)溶胶包裹BSCF粉的方法制备疏松多孔的BSCF-xGDC(x=30wt%, 40wt%, 50wt%)复相阴极。通过X射线衍射仪、场发射扫描电镜和透射电镜对复相阴极的物相组成、单电池断面形貌及GDC对BSCF颗粒的包裹形貌进行表征。利用阻抗谱测试研究了复相阴极材料的电化学性能, 讨论了掺入GDC量对阴极性能的影响。结果表明：通过GDC溶胶包裹BSCF粉体的制备方法改善了阴极的电化学性能, 在同一温度下, BSCF-40GDC阴极的极化电阻最小, 在650℃时阴极极化阻抗约为0.397 Ω•cm²; 以BSCF-40GDC为阴极制备的单电池, 以H₂+3%H₂O为燃料气、空气为氧化气体, 650℃下电池的最大功率密度为0.514 W/cm², 欧姆电阻为0.257 Ω•cm², 两极极化电阻为0.0588 Ω•cm²。     

稀土Y元素掺杂对PrBaCo2O5+δ陶瓷热电性能影响

利用传统陶瓷烧结工艺制备出不同浓度稀土Y元素掺杂PrBaCo₂O_5+δ氧化物热电陶瓷,采用XRD和热电材料性能测试系统等设备研究了稀土Y元素掺杂对PrBaCo₂O₅氧化物热电陶瓷晶体结构、热电性能的影响。测试结果表明：Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ热电陶瓷均为双层钙钛矿结构,没有形成新的杂相;在测试温度范围内,Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ(x=0,0.25,0.5,0.75)热电陶瓷的Seebeck系数均为正值,表明该材料导电载流子为以空穴,为p型半导体;稀土Y元素掺杂可以明显提高Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ热电陶瓷的电导率,与电导率相反,稀土元素Y掺杂的导致Pr_1-xY_xBaCo     

熵工程提高(GeTe)x(AgSb0.5Bi0.5Te2)1-x的热电性能和显微硬度(英文)

作为一种材料基因特性的内禀属性,构型熵是材料基因组中一个新兴的指征因子.设计具有高构型熵的多组元热电材料,可以通过严重的晶格畸变显著降低晶格热导率,并通过提高晶体对称性改善塞贝克系数.然而,高构型熵也造成了载流子迁移率的恶化,从而限制了zT值的改善.本文通过在众所周知的(GeTe)_1-x(AgSbTe₂)_x,即TAGS合金中用Bi取代一半的Sb,设计了(GeTe)_1-x(AgSb_0.5Bi_0.5Te₂)_x,又称TABGS合金,以证明熵工程的有效性.鉴于TAGS合金的载流子平均自由程较低,已接近Mott-Ioffe-Regel极限,进一步的Bi置换和构型熵增加不会再损害载流子迁移率.此外,通过高构型熵抑制菱方-立方相变和降低的载流子浓度有助于大幅提高Seebeck系数.而且, AgSb_0.5Bi_0.5Te₂合金化诱导的多尺度微观结构和减小的声速有效地...     

天然气中温SOFCs阳极材料钴掺杂氧化铈的制备与性能研究

采用溶胶凝胶法合成了新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阳极材料Ce_1-xCo_xO_y（x＝0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30）(CDC),并采用共压共烧结法制备了以NiO-CDC复合阳极为支撑、以Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ(GDC)为电解质、以La_0.8Sr_0.2Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(LSCF)- GDC为复合阴极的单电池. 利用XRD和SEM等方法对阳极材料进行了晶相结构、微观形貌和化学相容性等分析. 在400~700℃范围内,以加湿天然气（3％H₂O）为燃料气,氧气为氧化气测试了电池的电化学性能. 结果表明：CDC阳极材料具有良好的孔道结构;八种不同阳极组成的单电池中50wt％NiO 50wt%Ce_0.8Co_0.2O_y（C20C80）阳极支撑的单电池具有最佳的电化学性能,在650℃时其最大电流密度为148.84mA/cm², 最大比功率为30.91mW/cm².     

双钙钛矿Sr2CoFeO5+δ阴极材料的制备及其中温固体氧化物燃料电池性能研究(英文)

随着操作温度降低,中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)需要更高催化活性的阴极材料来提升电池性能。为此,本研究采用溶胶-凝胶法合成了双钙钛矿Sr₂CoFeO_5+δ(SCF)阴极材料,并探讨了SCF阴极与摩尔分数20%Sm₂O₃掺杂的CeO₂(SDC)进行不同比例的复合对电极性能的影响,优化了电极的化学膨胀和面积比电阻(ASR),进而提升了SOFC单电池的电化学性能。结果表明,SCF作为SOFC阴极,经950℃退火10 h后与普通电解质具有良好的化学相容性;其中,SCF与SDC按照质量比1:1复合的样品可以将纯SCF样品的平均热膨胀系数(TEC)从2.44×10^-5 K^-1显著降到15.4×10^-5 K^-1。此外,SCF-xSDC(x=20,30,40,50,x为SDC的质量分数)复合阴极的ASR在800℃下分别低至0.036、0.034、0.028和0.092Ω·cm²     

固体氧化物燃料电池新型钙钛矿La0.9Ca0.1Fe0.9Nb0.1O3-δ阳极的制备及其性能研究

Ni-YSZ作为固体氧化物燃料电池(SOFCs)的传统阳极具有良好的催化性能, 但存在碳沉积、抗氧化还原能力差及硫毒化等问题, 因此钙钛矿型材料以其良好的催化活性及耐H₂S毒化能力而成为研究热点。为此, 本工作开发出了一种新型的Nb掺杂Fe基钙钛矿阳极材料La_0.9Ca_0.1Fe_0.9Nb_0.1O_3-δ。Fe位引入Nb显著地提高了材料在高温还原气氛中的结构稳定性, 而对材料的热膨胀行为影响很小, 掺杂前后材料的热膨胀系数分别为11.67×10^-6 K^-1和11.57×10^-6 K^-1。掺入Nb提高了阳极材料在还原气氛中的电导率, 该材料在800℃时氢气中的电导率为1.95 S/cm。测试结果表明, La_0.9Ca_0.1Fe_0.9Nb_0.1O_3-δ阳极在H₂和CO中均表现出优异的放电性能, 在800℃时放电功率分别达到539和491 mW/cm², 电池在CO中放电200 h性能无衰减, 显示出很好的长期稳定性。研究表明La_0.9Ca_0.1Fe_0.9 Nb_0.1O_3-δ是一种极具应用前景的新型钙钛矿阳极材料。     

微管式固体氧化物燃料电池阳极微结构及其性能

利用相转化纺丝法制备了NiO-YSZ中空纤维, 在其外表面负载YSZ膜1450℃共烧后形成YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维。阳极孔结构通过芯液(N-甲基砒咯烷酮(NMP)+乙醇)中溶剂NMP的含量来控制。 当NMP含量从0、30wt%、50wt%、70wt%增加到100wt%时, 阳极的孔结构由指状孔/海绵孔/指状孔三明治结构逐渐成为贯通的指状孔结构, 电解质膜致密性、还原后的双层中空纤维的机械强度、阳极电导率逐渐减小, 而孔隙率则增加。多孔的阴极Ag涂敷于致密的电解质膜外表面构成微管SOFC。H₂/空气微管SOFC的浓差极化随着指状孔长度的增加而减小, 当NMP含量为70wt%时, 输出性能最佳, 最大功率密度为662 mW/cm² (800℃), 此时极化阻抗最小。     

Nd3+A位置换对(Pb0.5Ca0.5)(Fe0.5Nb0.5)O3陶瓷微波介电性能的影响

研究了Nd³⁺离子A位置换改性(Pb_0.5Ca_0.5)(Fe_0.5Nb_0.5)O₃陶瓷的微波介电性能.[(Pb_0.5Ca_0.5)_1-xNd_x](Fe_0.5Nb_0.5)O₃(PCNFN)陶瓷的微波介电性能得到改善是由于少量过剩的Nd³⁺与(Pb,Ca)²⁺的固溶能够消除氧空位.当x=0.02时,能够形成单相的钙钛矿相,随着Nd³⁺置换量的增加,过剩的Nd³⁺将导致第二相焦绿石的形成,焦绿石会恶化PCNFN的微波介电性能.PCNFN介电性能随x的增加而下降是由于焦绿石相随x增加的结果.当x=0.02-0.05,PCNFN陶瓷有很好的微波介电性能,介电常数K>100,Qf值为5385-5797GHz,频率温度系数TCF随Nd³⁺含量的增加从正的变为负的.     

YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维电解质层厚度控制及其影响

本研究利用相转化共纺丝法一步制备出微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)用电解质/阳极(YSZ/NiO-YSZ)双层中空纤维膜, 将制得的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜前驱体经1450℃烧结后, 以纯H₂在700℃下还原4 h得到YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜。电解质YSZ膜层厚度通过改变YSZ铸膜液挤出速率来调节。将La_0.8Sr_0.2MnO_3-δ(LSM)阴极乳浆浸渍涂覆在烧结后的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜外, 经1200℃烧结后形成微管式固体氧化物燃料电池。结果表明, 当阳极铸膜液以10?mL/min速率挤出, 而电解质铸膜液挤出速率为0.5、1、1.5、2 mL/min时, 构造的YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜电解质层厚度分别为6、13、18、28 μm, 其机械强度、气密性均随着电解质层厚度增加而增大, 但电导率与孔隙率受电解质层厚度的影响较小。YSZ膜厚度为28 μm的MT-SOFC, 800℃时以20 mL/min氢气作为燃料, 30 mL/min空气作为氧化剂, 最大开路电压为1.01 V, 最大输出功率只有75 mW/cm²。但同样测试条件下, YSZ膜厚度为6 μm的MT-SOFC, 开路电压为0.92 V, 最大输出功率升至329 mW/cm²。     

锂离子电池负极材料Ge4+掺杂Li4Ti5O12的制备及其电化学性能研究

以Ti(OC₄H₉)₄、CH₃COOLi·2H₂O和GeO₂为原料, 采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li₄Ti_5-xGe_xO₁₂(x=0、0.05、0.1、0.15)电极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、充放电测试、循环伏安(CV)以及交流阻抗对材料进行结构、形貌及电化学性能表征。研究结果表明, 适量Ge⁴⁺掺杂不会改变Li₄Ti₅O₁₂的尖晶石结构, 但对其颗粒尺寸和形貌均产生影响。由于掺Ge⁴⁺后样品的颗粒尺寸减小, 使得Ge⁴⁺掺杂Li₄Ti₅O₁₂倍率性得到不同程度的提高。其中Li₄Ti_4.9Ge_0.1O₁₂显示出较好的倍率性和循环稳定性, 0.2C下的首次放电容量为172.43 mAh/g, 5C下循环100次后比容量为140.62 mAh/g, 容量保持率为97.3%。     

氧化钇掺杂锆铈酸钡质子导体的制备及性能研究

采用高温固相法制备了钇掺杂锆铈酸钡(BaZr_0.90-xCe_xY_0.10O_3-δ, x=0.09、0.18、0.27)(即BZCY系列)前驱体粉末, 研究了烧结性能和电导率. 结果表明, 在所研究的组成范围内, x=0.27(即C3)试样为最佳. 再进一步通过优化烧结助剂ZnO添加量以提高试样的烧结性能及电化学性能. 实验表明, ZnO能够与前驱体发生固溶取代反应, 有效地提高了样品烧结性能. 随着ZnO添加量的增加, 试样烧结致密度提高, 但直流电导率先增大后减小. 当ZnO添加量为2mol%(C3-Z2)时, 试样具有最高的直流电导率, 800℃在湿H₂中电导率可达9.27 mS/cm. C3-Z2试样的XRD衍射峰与BaCeO₃、BaZrO₃标准衍射峰相比出现一定角度的偏移, 而与BaCe_0.4Zr_0.6O₃的标准图谱相对吻合较好.     

Ni/YSZ阳极浸渍La2O3对SOFC电池抗积碳的影响

以水系流延法制备阳极支撑型平板式IT-SOFC的阳极/电解质(Ni-YSZ/YSZ)半电池, 通过浸渍La₂O₃颗粒对半电池阳极进行改性, LSM+8YSZ为阴极制备单电池。采用扫描电子显微镜(SEM)观察单电池显微结构; 利用能谱(EDS)测试阳极成分; 单电池以乙醇水蒸气为燃料, 在750℃下利用循环伏安法测试单电池的功率密度, 交流阻抗法测试单电池的阻抗。结果表明: 单电池Ni/YSZ阳极孔洞中浸渍的La₂O₃颗粒约90 nm; 浸渍改性的电池比未浸渍的电池具有更稳定的电性能, 随着La₂O₃浸渍量越来越多, 电池的电性能和稳定性越来越好, 抗积碳能力越来越强。当浸渍量为2.4wt%时, 以乙醇水蒸气为燃料在750℃下运行7 h后, 电池衰减率仅为0.09%/h。     

Effect of V2O5 on the Sintering Behavior, Microstructure, and Electrical Properties of (Na/sub 0.5/K/sub 0.5/)NbO/sub 3/Ceramics

Well-sintered (Na_0.5K_0.5)NbO_3-x mol% V₂O₅ ceramics (abbreviated as NKN-V) with fine electrical properties were successfully prepared by conventional solid-state reaction through the careful control of processing conditions. The sintering behavior, phase structure, and electrical properties of the V₂O₅-doped NKN ceramics were investigated. Results show that when the V₂O₅ content is 0.6 mol%, the NKN ceramics attained the maximum density of 4.46 g/cm³ (about 98.9% of the theoretical density) at 1060degC, and therefore possessed enhanced electrical properties. But when the V₂O₅ content continued increasing, the density decreased. The secondary phase (Na₂V₆O₁₆) could be detected by XRD analysis in all samples except x = 0 mol%. The Curie temperature of the NKN-based materials was found to decrease with the increase of V₂O₅. The dielectric properties of NKN ceramics doped with 0.6 and 0.9 mol% V₂O₅ were better than that of pure NKN ceramics. In addition, annealing treatment was proved to be an effective technique for improving dielectric properties and reducing the leakage current density.     

高导电性热电池正极材料Ni-NiCl2复合物的原位合成与放电性能研究

作为高电位化合物, NiCl₂是高功率热电池的理想正极材料, 但是其比表面积小、导电性差, 影响了其热电池的应用。采用升华和原位合成技术, 制备具有大比表面积和高导电性的热电池正极材料Ni-NiCl₂复合粉体: 首先将市售含结晶水的NiCl₂·6H₂O经过低温干燥处理, 脱水后形成黄色粉体, 然后在Ar气氛下, 经850~900℃进行升华处理, 将收集的升华粉体置于Ar+H₂还原气氛中, 300~500℃温度下还原热处理1 h, 得到Ni-NiCl₂复合粉体。论文讨论并分析了粉体的热力学、晶体结构、原位合成过程和初步的电化学性能。结果表明: 升华过程中, NiCl₂晶体沿着垂直于c轴的方向生长为直径200~300 µm的层状结构; 与纯NiCl₂作为正极材料的LiSi︱LiCl-LiBr-LiF︱NiCl₂热电池组的放电曲线相比, Ni-NiCl₂复合粉体(5wt%单质Ni)为正极材料的热电池放电曲线更加平稳, 激活时间更短。     

Zn掺杂CuO/CuAl2O4复合空心球的制备及光催化性能

以葡萄糖为模板, 硝酸锌、硝酸铜和硝酸铝为原料, 采用水热法制备高比表面Zn-CuO/CuAl₂O₄复合空心球。采用XRD、SEM、HRTEM、BET、DRS和PL等手段对样品进行表征, 结果表明: 在600℃下焙烧的Zn-CuO/CuAl₂O₄复合物呈空心球状, 球体直径约为2 μm, 比表面积高达214.97 m²/g。引入Zn有助于提高样品对紫外和可见光的吸收能力, 减少光生电子空穴对的复合, 光催化活性显著提高。在模拟太阳光照下, 以甲基橙溶液为目标降解物, 考察样品的煅烧温度和Zn加入量对光催化活性的影响。当Zn加入量为0.5wt%, 煅烧温度为600℃时, 样品的光催化活性最佳。光照60 min, 0.5 g/L光催化剂用量对25 mg/L甲基橙溶液的脱色率高达97%。