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。     

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。     

YSZ修饰的花瓣状氧化镍粉体的制备及其电性能表征

采用均匀沉淀法制备了花瓣状NiO粉体,对该花瓣状NiO进行YSZ(Y2O3稳定的ZrO2)修饰,以提高花瓣状NiO粉体的耐高温性,进而构建纳微结构的阳极。采用离子浸渍法制备了YSZ修饰的花瓣状NiO粉体(NiO-YSZ粉体),通过热重--差热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜等分析手段对该粉体的热性能、物相、微观形貌、晶粒大小等进行了表征。分别采用商业NiO(颗粒状)粉体和自制花瓣状NiO-YSZ粉体制备了电解质支撑型单电池的阳极,该单电池的组成为NiO+8YSZ‖8YSZ‖LSM+8YSZ,并测试了其电化学性能。结果表明:采用花瓣状NiO-YSZ粉体制备的阳极单电池在操作温度为在750、800和850℃下最大功率密度分别为0.094、0.151和0.376W/cm2,且相对应的电极极化阻抗分别为2.496、1.589和0.814Ω·cm2;而采用商业NiO制备的阳极的单电池在操作温度为在750、800和850℃下的最大功率密度分别为0.024、0.072和0.149W/cm2,且相对应的电极极化阻抗分别为4.265、2.306和1.688Ω·cm2。     

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.     

新型复合阴极Sr_(0.95)Ti_(0.05)Co_(0.95)O_(3-δ)–Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)在中低温固体氧化物燃料电池中的性能

采用柠檬酸自蔓延燃烧法合成了Sr0.95Ti0.05Co0.95O3-δ(STC)阴极粉体和Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)电解质粉体,将STC与SDC粉体按质量比7:3混合得到复合阴极。通过X射线衍射(XRD)、直流四端子法和热膨胀仪表征了样品的化学相容性、电导率和热膨胀系数。XRD表明,STC在900℃能够得到立方纯钙钛矿结构,复合阴极STC-SDC在工作温度区间内具有很好的化学相容性;在650℃空气气氛下STC-SDC与SDC之间的界面极化阻抗仅为0.05Ω·cm2。制备了阳极支持型(Ni O-SDC│SDC│STC-SDC)单电池,在450~650℃范围内以湿润的H2(3%水蒸汽)为燃料气,空气为氧化剂测试了单电池的性能。结果表明:阳极支撑的单电池共烧1 350℃可以得到致密的电解质层和多孔的电极,而且650℃时单电池开路电压0.82V,最大输出功率为721 m W/cm2。结果预示,在以SDC为电解质的中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)中,STC-SDC是一个很有前途的复合阴极材料。     

凝胶固相反应法制备钪、铈共掺杂氧化锆粉体

以Sc2O3、Ce(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·xH2O为原料,采用凝胶固相反应法制备氧化钪、氧化铈共掺杂氧化锆(10Sc1CeSZ)粉体。结果表明:800℃煅烧后,10Sc1CeSZ粉体为单一立方萤石结构,比表面积为9.18 m2/g,粉体粒度分布均匀,平均颗粒尺寸为100 nm,适宜用于流延法制备电解质薄膜。10Sc1CeSZ粉体烧结活性好,采用流延法制备的生坯可在1 400~1 450℃烧结致密,烧结后仍为单一立方萤石结构。凝胶固相反应法制备10Sc1CeSZ粉体时具有操作简便、烧结活性好、粒度分布均匀等优点,适合用于规模化生产。     

造孔剂含量对固体氧化物燃料电池阳极的结构与电性能的影响

通过向阳极添加造孔剂（PMMA）改善阳极的微观结构,研究不同含量的造孔剂（PMMA）对阳极的显微结构、电性能的影响。利用SEM、电化学1二作站等测试手段对单电池的结构和电性能进行了表征。研究结果表明,添加7wt．％的PMMA造孔剂制备的单电池,阳极的孔隙率高,阳极中的气孔分布均匀,结构规整,降低了燃料气的传输阻力,提高了三相反应界面,获得了良好的电性能。以H2＋3％H：0为燃料气,在750℃下单电池的开路电压（OCV）为1．08V、最大功率密度为0．82W／cm2、欧姆阻抗为0．20Ω·cm2、两极阻抗为0．53Ω·cm2。     

溶胶-凝胶法制备Nd:YAG纳米粉体

以Al(NO3)3.9H2O、Y(NO3)3.6H2O、Nd(NO3)3.6H2O为主要原料,C6H8O7.H2O为燃烧剂,采用溶胶-凝胶法制备了Nd:YAG纳米粉体,系统的研究了Nd:YAG纳米粉体的最佳制备条件。用X射线衍射和红外吸收光谱对其进行物相鉴定,表明在800℃煅烧2h就可以合成YAG粉末。用荧光光谱分析可知800℃制得的粉体在243nm处有一显著的激发谱带,在728nm处有一显著的发射谱带,粉体具有良好的荧光性能。用激光粒度仪分析可知所得粉体分散性良,平均粒度在147.7nm左右。     

ZnO对8YSZ电解质材料的烧结性与电化学性能的影响

用机械混合方法,在8%(摩尔分数,下同)Y2O3稳定的ZrO2(8%in mole yttria stabilized zirconia,8YSZ)中添加ZnO量分别为0,1%,2%,3%,4%,在不同温度下常压烧结制备了ZnO:8YSZ电解质。研究了烧结温度和ZnO含量对ZnO:8YSZ样品的烧结性、致密度、弯曲强度和电导率的影响。由ZnO:8YSZ电解质作为支撑组装了单电池,对电池的性能进行测试和评价。结果表明:在8YSZ中添加ZnO能改善8YSZ材料的烧结性,1400℃烧结2h的4%ZnO:8YSZ样品的致密度达99.9%,3%ZnO:8YSZ样品的弯曲强度超过200MPa,获得明显提高。4%ZnO:8YSZ样品在800℃下的电导率达1.68×10-2S/cm。在相同工作条件下,ZnO:8YSZ单电池比8YSZ单电池具有更好的工作性能和更高的效率,以3%ZnO:8YSZ单电池性能最好。     

Ni-CGO阳极支撑ScSZ/CGO复合电解质电池的制备及性能

用柠檬酸溶胶-凝胶法合成了Ce0.85Gd0.15O2-δ(CGO),用共沉淀法合成了掺摩尔分数为11%Sc2O3稳定的ZrO2(scandium oxide-stabilized zirconia,ScSZ)电解质材料.通过X射线衍射和透射电镜对电解质材料的物相、形貌和成分进行表征.结果表明:CGO和ScSZ在各自的煅烧温度下均形成了单-的立方萤石结构晶态;ScSZ颗粒的粒径约为20nm.用共压法分别制备了以NiO-CGO阳极支撑的CGO单层电解质和ScSZ/CGO复合电解质的基体,并在基体上涂覆阴极制作单电池.在650～800℃范围内测试单电池的电性能.结果表明:ScSZ/CGO双层电解质电池的开路电压和最大功率密度均高于单层CGO电解质电池;在800℃电流密度和功率密度达到最大值,分别为677.5 mA/cm2和197.3 mW/cm2.说明SeSZ/CGO双层电解质有效地提高了电池的性能.     

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。     

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。     

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.     

添加Li_2O对YSZ电解质性能影响

8%（摩尔分数,下同）Y2O3稳定的ZrO2（8YSZ）是固体氧化物燃料电池（SOFC）中最常用的电解质材料,本文研究了在8YSZ基体中加入n%Li2O（n=0,0.25,0.50,1.00,1.50,1.70,2.00,2.50,3.00）后（记为n%Li2OYSZ）对其晶相结构、晶格常数、烧结性能、微观形貌、电导率及其作为SOFC电解质性能的影响。结果表明,Li2O中的Li＋可以固溶到YSZ的晶格内使其晶格常数减小;Li2O的加入量n〈1.70时,瓷体在烧结过程中不会发生相变。加入少量的Li2O（n=0.25,0.50）可以提高YSZ的致密度和电导率,0.25%Li2OYSZ和0.50%Li2OYSZ样品800℃的电导率分别高达0.030 2 S/cm和0.027 6 S/cm,分别是纯YSZ的1.35和1.24倍;当Li2O含量n≥1.00时,相同条件下烧结体致密度随Li2O加入量的增大而逐渐减小;当n≥1.70时,样品在烧结过程中虽然出现相变,但在高于1400℃可以烧结致密,并得到纯立方相YSZ。将1250℃烧结制得的0.25%Li2OYSZ和0.50%Li2OYSZ作为SOFC电解质的单电池,800℃时的开路电压高于1.0V,说明YSZ中没有出现电子电导,具有比纯YSZ为电解质的单电池更高的性能输出,表现出了良好的应用前景。     

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。     

有机硅改性端羟基聚酯的合成

在二月桂酸二丁基锡的催化作用下,通过有机硅预聚体与端羟基聚酯的缩聚合成了系列有机硅改性聚酯。用傅里叶变换红外光谱分析了改性聚酯的结构。以钛酸四正丁酯为固化剂成膜后,检测了改性聚酯涂层耐热性、耐腐蚀性及机械性能。改性聚酯涂层具有良好的性能,按端羟基聚酯和有机硅树脂质量比1∶1改性后,涂层的附着力达1级,铅笔硬度达4 H,冲击强度大于50 kg.cm,可耐400~450℃的高温;涂层阻抗由2.8×107Ω.cm2提高到1.1×108Ω.cm2,腐蚀电位由-0.671 V增至-0.536 V,腐蚀电流密度由4.562×10-5A/cm2降至6.194×10-7A/cm2,极化电阻由4.812 kΩ/cm2提高到57.019 kΩ/cm2。     

固体氧化物燃料电池复合电解质粉体BaCe0.8Y0.2O3–δ-Ce0.8Gd0.2O1.9的制备及表征

用分步硝酸盐-柠檬酸凝胶燃烧法制备新型混合离子传导复合电解质粉体BaCe0.8Y0.2O3-δ-Ce0.8Gd0.2O1.9[BCY-GDC,摩尔比n（BCY）：n（GDC）=1：1],研究不同烧结温度下制备的BCY-GDC电解质片的性能,以及以BCY-GDC为电解质的单电池的电性能。结果表明：采用该法可以获得分布均匀的BCY-GDC粉末,平均晶粒尺寸约为40nm;BCY-GDC复合电解质的相对密度随着烧结温度的升高而不断增大;1450℃烧结5h的电解质片基本达到完全致密,且BCY、GDC两相分布均匀,并且随着烧结温度的升高,复合电解质片的电导率增大;以BCY-GDC为电解质的单电池在450℃的开路电压达到0.95V,700℃的最大功率密度达到0.4W/cm2。     

天然矿物制备IT-SOFC硼酸盐玻璃体系封接材料的研究

以天然制釉原料制备了SO FC玻璃粉封接材料。X R D测试表明,封接材料中存在少量的SiO2相和BaAl2Si2O8相。阻抗测试表明,其电阻随温度升高而减小,阻抗值均在104～105Ω.cm2范围内,具有相当高的绝缘性能。从Arrhenius曲线求得相应的活化能为101.2kJ/m ol。热膨胀测试表明,其热膨胀系数（TEC）为10.34×10-6K-1。所封装的Y SZ气室在750℃和800℃的渗漏速率分别为6.6×10-8m bar.1.s-1cm-1和8.2×10-8m bar.1.s-1cm-1。高温浸润性研究表明,封接材料玻璃粉与电解质Y SZ具有良好的附着性并可防止封接材料出现的流散现象。所制备的封接材料玻璃粉达到了SO FC封接的要求。     

固体氧化物燃料电池复合电解质粉体BaCe0.8Y0.2O3–δ–Ce0.8Gd0.2O1.9的制备及表征

用分步硝酸盐–柠檬酸凝胶燃烧法制备新型混合离子传导复合电解质粉体BaCe0.8Y0.2O3–δ–Ce0.8Gd0.2O1.9[BCY–GDC,摩尔比n(BCY):n(GDC)=1:1],研究不同烧结温度下制备的BCY–GDC电解质片的性能,以及以BCY–GDC为电解质的单电池的电性能。结果表明:采用该法可以获得分布均匀的BCY–GDC粉末,平均晶粒尺寸约为40nm;BCY–GDC复合电解质的相对密度随着烧结温度的升高而不断增大;1450℃烧结5h的电解质片基本达到完全致密,且BCY、GDC两相分布均匀,并且随着烧结温度的升高,复合电解质片的电导率增大;以BCY–GDC为电解质的单电池在450℃的开路电压达到0.95V,700℃的最大功率密度达到0.4W/cm2。