固体氧化物燃料电池阳极材料Sr_2Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_6(SFM)/Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)的研究

采用机械混合法合成了Sr2Fe1.5Mo0.5O6(SFM)和Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)质量比为7∶3的SFM/SDC复合材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H2-TPR、EIS等表征手段对其进行了表征,并以SFM/SDC|La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3(LSGM)|Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3(BSCF)为单电池片进行电化学测试,对其性能进行评价。结果表明,复合材料取得了较好的放电性能,即以氢气为燃料气,850、800、750℃时分别取得了630.6、548.4、426 mW/cm2最大功率密度;以甲醇为燃料,850、800、750℃时分别取得了551.6、426.8、335.3 mW/cm2最大功率密度。     

固体氧化物燃料电池阴极材料La1.2Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ的研究

以聚丙烯酸、柠檬酸和尿素三种复合配体作为络合剂,采用溶胶凝胶法制备成La1.2Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ前驱物,经800℃煅烧获得阴极粉体。利用丝网印刷法将LSCN和GDC制备成复合阴极。利用XRD、TEM、ED、SEM、压汞仪和电化学工作等分别对LSCN粉体的物相、结构和电极的形貌、孔结构和电性能等进行了表征。研究结果表明,800℃煅烧获得了颗粒尺寸约为80nm、正交晶型结构的La1.2Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ阴极粉体,单电池以含水蒸气的H2为燃料在750℃得到了稳定的电性能。     

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.     

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。     

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。     

固体氧化物燃料电池阴极材料LSCF纳米纤维的静电纺丝法制备

采用溶胶–凝胶–静电纺丝法制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ(LSCF)纳米纤维。分析了LSCF纳米纤维的结构和形貌。结果表明:所制备的LSCF纳米纤维为内部微晶排列有序、均匀的多晶纤维,纤维直径约为200nm,长度分布为10~30μm,经1100℃煅烧后仍然保持纤维状。以LSCF纤维作为阴极,制备了固体氧化物燃料电池(SOFC)纽扣电池(GDC+NiO║GDC║LSCF)及其阴极对称电池(LSCE║GDC║LSCF)。单电池的阴极阻抗和电化学性能测试表明,LSCF纳米纤维阴极具有较高的电化学活性和较低的极化阻抗,以氢气为燃料、空气为氧化剂,在650和700℃工作温度下,单电池的最大功率密度分别为0.82和1.07W/cm2;在工作温度分别为600、650、700和750℃下,其阻抗分别为1.09、0.78、0.32和0.11·cm2。     

中温固体氧化物燃料电池新型层状钙钛矿阴极材料Y0.8Ca0.2BaCo2O5+δ（英文）

研究了中温固体氧化物燃料电池的新型层状钙钛矿Y0.8Ca0.2BaCo2O5+δ(YCBC)阴极材料。采用柠檬酸–硝酸盐自蔓延燃烧法合成了YCBC以及YBaCo2O5+δ(YBC)粉体。X射线衍射结果表明:YCBC粉体在950℃空气中煅烧3 h能够很好地成相,而YBC粉体需要1 100℃。电导率测试结果表明:在整个测试温度350~800℃范围内,YCBC的电导率(435~506 S/cm)明显比YBC的电导率(205~323 S/cm)高。使用电化学阻抗谱技术测试了对称电池YCBC/SDC/YCBC和阳极支撑的单电池YCBC/SDC/Ni-SDC的电化学性能。以H2为燃料气(含体积分数3%水蒸气),空气为氧化剂,650℃时单电池YCBC/SDC/Ni-SDC的最大输出功率为351 mW/cm2。目前研究表明YCBC是具有潜力的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。     

中温固体氧化物燃料电池SmBaCo_2O_（5＋δ）–Sm_（0.2）Ce_（0.8）O_（1.9）复合阴极材料的电化学性能

采用柠檬酸–硝酸盐自蔓延燃烧法分别合成了双钙钛矿结构的SmBaCo2O5＋δ（SBCO）阴极粉体和萤石型Sm0.2Ce0.8O1.9（SDC）电解质粉体,按3：2的质量比混合上述粉体研磨后得到复合阴极。利用X射线衍射仪研究化学相容性,直流四端子法测量电导率,热膨胀仪测量热膨胀系数;构建阳极支撑型单电池（Ni-SDC｜SDC｜SBCO-SDC）并进行了性能测试,用扫描电子显微镜观察电池的断面微结构,交流阻抗谱记录界面极化。结果表明：SBCO与SDC在1 000℃无相互作用;450～800℃,复合阴极的电导率在369～234 S/cm之间;SDC的加入降低了复合阴极的热膨胀系数;单电池具有理想的微观结构,阳极｜电解质｜阴极各界面彼此接触良好,650℃时极化电阻仅为0.031.cm2;以H2为燃料气（含体积分数3%水蒸气）,空气为氧化剂,650℃时电池的开路电压为0.77 V,输出功率最大值为640 mW/cm2。预示着SBCO-SDC是中温固体氧化物燃料电池有潜力的阴极材料。     

La_2O_3-CaO复合添加对Ni-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)阳极电化学和抗积碳性能的影响

通过甘氨酸硝酸盐法合成出添加0~6 mol%La_2O_3-CaO的NiO-SDC(Sm0.2Ce0.8O1.9)复合阳极(La_2O_3-CaO/NiO-SDC)粉体,以SDC为电解质、BSCF(Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ)为阴极构建SOFC单电池。考察了La_2O_3-CaO添加对Ni-SDC阳极微观组织和电化学性能等的影响;以乙醇为燃料气测定单电池的电化学性能和阳极的抗积碳性能。实验结果表明,La_2O_3-CaO/NiO-SDC复合阳极主要由NiO和SDC相组成,而La_2O_3和CaO的存在状态与其加入量有关。La_2O_3-CaO的加入,使复合阳极的电导率有所降低。添加少量La_2O_3-CaO阳极的SOFC单电池在乙醇燃料中的电池性能有所增加,800℃时添加2 mol%La_2O_3-CaO的Ni-SDC阳极的单电池最大输出功率为377.79 m W·cm-2,而Ni-SDC阳极单电池的最大输出功率仅158.86 m W·cm-2。此外,La_2O_3-CaO的添加有效减少了Ni-SDC阳极单电池在乙醇燃料中的积碳,提高了电池的运行稳定性。     

LaBaCoFeO5+δ-Ce0.8Sm0.2O1.9复合阴极的电化学性能研究

采用固相反应法合成中温固体氧化物燃料电池的LaBaCoFeO5+δ阴极粉末,研究不同煅烧温度对晶体结构的影响.将等量的LaBaCoFeO5+δ和Ce0.8 Sm0.2 O1.9电解质粉末通过机械混合和煅烧制备成LaBaCoFeO5+δ-Ce0.8 Sm0.2 O1.9复合阴极粉末.研究了复合阴极粉末的化学相容性、粒度分布、热膨胀和电化学性能.结果表明,LaBaCoFeO5+δ固相反应的最佳温度为1200℃,LaBaCoFeO5+δ和Ce0.8 Sm0.2 O1.9之间没有发生明显的反应,复合阴极粉末的中位径D50为2.441μm.LaBaCoFeO5+δ-Ce0.8 Sm0.2 O1.9复合阴极比LaBaCoFeO5+δ阴极组成的单电池在800℃的极化电阻下降了约48.7％,而最大输出功率密度提高了约82.5％,表现出更好的电化学性能.     

IrO_2修饰LSCF阴极对SOFC的影响

通过溶胶凝胶-自燃烧法制备了阴极La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3(LSCF)粉体。以NiO-GDC||GDC为阳极和电解质上并在GDC电解质表面,制备了GDC-LSCF复合阴极。采用离子浸渍法在GDC-LSCF阴极内部制备了IrO_2功能材料,并比较了在不同温度和浸渍量下燃料电池的输出效果。采用XRD、SEM和电化学工作站等表征方法对该电池和复合阴极进行研究。研究表明通过离子浸渍法在GDC-LSCF复合阴极骨架的表面,形成了大量的IrO_2纳米颗粒,该纳米颗粒大幅度增加了三相反应界面的长度。当IrO_2浸渍量为0.5 wt%的时候,燃料电池的性能在750℃的功率密度为492 m W·cm~(-2),电化学阻抗为1.30Ω·cm~2,该电池表现出较好的性能和较低的阻抗,这与IrO_2较好的电子电导和催化活性有关。该电池在中温条件700℃、750℃和800℃的电池功率分别为493 mW·cm~2、581 mW·cm~2、632 m W·cm~2,具有较好的中温操作特性。     

烧结温度对LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2物理及其电化学性能的影响

以共沉淀法制备出的球形Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2为前驱体,以碳酸锂为锂源,通过高温固相法合成了球形LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2正极材料。通过热重分析(TGA/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分布、以及电化学性能的测试考查了不同烧结温度对LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2的物理性能及电化学性能的影响。结果表明,900℃下烧结得到的LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2晶体结构完整、球形形貌规则、粒度分布均匀,并表现出了优异的电化学性能,0.2 C首次放电容量达到了166.7 mA.h/g;1 C首次放电容量为151.6 mA.h/g,20次循环后,容量保持率高达97.9%。     

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。     

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。     

中温固体氧化物燃料电池新型层状钙钛矿阴极材料Y0.8Ca0.2BaCo2O5+δ

研究了中温固体氧化物燃料电池的新型层状钙钛矿Y0.8Ca0.2BaCo2O5+δ(YCBC)阴极材料。采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法合成了YCBC以及YBaCo2O5+δ(YBC)粉体。X射线衍射结果表明：YCBC粉体在950℃空气中煅烧3 h能够很好地成相,而YBC粉体需要1100℃。电导率测试结果表明：在整个测试温度350～800℃范围内,YCBC的电导率(435～506 S/cm)明显比YBC的电导率(205～323 S/cm)高。使用电化学阻抗谱技术测试了对称电池YCBC/SDC/YCBC和阳极支撑的单电池YCBC/SDC/Ni-SDC的电化学性能。以H2为燃料气(含体积分数3%水蒸气),空气为氧化剂,650℃时单电池YCBC/SDC/Ni-SDC的最大输出功率为351 mW/cm2。目前研究表明YCBC是具有潜力的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。     

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.     

NaCl对BaZr0.63Ce0.27Y0.10O2.95/ZnO质子导体的烧结性与电化学性能的影响

采用机械混合和高温固相反应法,在2%(摩尔分数)ZnO掺杂BaZr0.63Ce0.27Y0.10O2.95的质子导体(BZCY-Z2)中添加0~15%(摩尔分数)NaCl,在1400℃保温4h,制备BaZr0.63Ce0.27Y0.10O2.95/ZnO/NaCl(BZCY-Z2-Cl)复相质子导体。结果显示,加入NaCl作为复相烧结助剂后,由于出现液相,降低了试样的烧结温度与保温时间,从而改善了试样的烧结性能;NaCl均匀分布于晶界,改善了晶界特性,提高了晶界质子导电性,质子导体于700℃时在湿氢气氛中总电导率达7.48×10–3S/cm;电解质支撑型单元电池测试结果表明,单电池在550、600、650和700℃下离子传导系数分别达到0.97、0.97、0.95和0.93,表明该电解层材料为良好的质子导体;700℃时功率密度为17 mW/cm2,由于电解层厚度较厚(0.9nm),导致输出功率相对较低。上述结果表明所制备的质子导体材料具有良好的电化学性能。     

Sm2-xCexCuO4的制备及在电化学合成氨中的阴极电催化性能

用溶胶-凝胶法制备了Sm2-xCexCuO4（SCC,x=0,0.1,0.2,0.3）粉体,干压成片状并烧结为陶瓷,采用XRD、SEM等对SCC粉体和陶瓷片的物象、形貌进行了表征。以SCC陶瓷片为阴极、Nation膜为质子导体、Ni-Ce0.8Sm0.2O2-δ（Ni-SDC）陶瓷片为阳极,银-铂网为集流体组成单电池,以湿氢气和氮气为原料,在298-373K温度范围内研究了SCC在电化学合成氨中的性能。结果表明在研究的温度范围内和施加电压条件下,使用SCC为阴极均有氨气生成,其中Sm1.8Ce0.2CuO4电化学合成氨速率最高,在353K时合成氨速率为1.05×10^-8mol·s^-1·cm^-2。     

Sm2-χCeχCuO4的制备及在电化学合成氨中的阴极电催化性能

用溶胶-凝胶法制备了Sm2-xCexCuO4(SCC,x=0,0.1,0.2,0.3)粉体,干压成片状并烧结为陶瓷,采用XRD、SEM等对SCC粉体和陶瓷片的物象、形貌进行了表征.以SCC陶瓷片为阴极、Nafion膜为质子导体、Nj-Ce0.8Sm0.2:O2-δ(Ni-SDC)陶瓷片为阳极,银-铂网为集流体组成单电池,以湿氢气和氮气为原料,在298～373 K温度范围内研究了SCC在电化学合成氨中的性能.结果表明在研究的温度范围内和施加电压条件下,使用SCC为阴极均有氨气生成,其中Sm1.8Ce0.2CuO4电化学合成氨速率最高,在353 K时合成氨速率为1.05×10-8mol·s-1·cm-2.     

复合阳极Ni-Fe/Ce0.9Gd0.1O1.95在阴极支撑单电池的性能及其表征

为了提高固体氧化物燃料电池在中温条件下的电性能,探索了一种双金属阳极的阴极支撑单电池。单电池以La_0.6Sr_0.4CoO₃（LSC）-Ce_0.9Gd_0.1O_1.95（GDC）为阴极支撑体,旋涂了甘氨酸-硝酸盐法制备的La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ（LSGM）电解质及Sm_0.2Ce_0.8O_1.9（SDC）缓冲层,涂覆了由硬模板法和浸渍法结合制备的Ni-Fe/GDC双金属阳极。对制备材料进行了XRD和微观形貌分析,单电池电化学测试在800 ℃和750 ℃下,以氢气为燃料的最大功率密度达0.73 W/cm²和0.64 W/cm²,以甲烷为燃料时达0.41 W/cm²和0.40 W/cm²。测试后的SEM表明,阳极具有多孔的微观结构,金属颗粒均匀包覆蠕虫状GDC,保证了单电池具有较高的发电性能。