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。     

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。     

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。     

流延成型法制备高性能阳极支撑固体氧化物燃料电池

开发高性能的阳极支撑固体氧化物燃料电池（SOFC）有助于实现其低温化,而电池的制备工艺及结构参数对电池的性能影响显著。流延成型法是一种廉价且可以实现批量生产的电池制备方法。采用流延成型法制备阳极支撑SOFC,并研究阳极支撑体造孔剂种类、阳极功能层的厚度及孔隙度、电解质厚度等因素对电池性能的影响。当使用PMMA作为阳极支撑体造孔剂、阳极功能层厚度约12μm且功能层内不添加造孔剂时,阳极结构最好;减少电解质厚度能显著地降低Ohmic阻抗,但电解质过薄也会导致电解质的强度不够,影响电池的稳定运行。采用优选的阳极结构、电解质厚度为8μm的阳极支撑SOFC在800℃的最大功率密度达到1.2 W·cm^–2。     

沉淀法制备中温固体氧化物燃料电池电解质材料8YSZ

以Zr （NO3）4·5H2O与Y（NO3）3·6H2O为主要原料,以柠檬酸为缓冲溶液,采用沉淀法制备电解质用8YSZ粉体,利用涂覆法在水系流延技术制备的半电池上涂覆LSM阴极得到单电池.运用XRD、TEM、激光粒度仪、SEM和电化学工作站等测试手段对粉体的物相、结构和粒度分布及单电池的结构与电性能进行了表征.研究结果表明,分散均匀、颗粒尺寸为50～100 nm、立方相8YSZ电解质在1375℃烧成具有高致密度,单电池在750℃时,以氢气和3％水蒸汽为燃料气,空气为氧化气的条件下,获得了开路电压为1.13 V,最大功率为0.93 w/cm2,欧姆阻抗为0.19Ωcm2和极化阻抗为0.65 Ωcm2的电性能.     

阳极支撑型固体氧化物燃料电池的研制

详细介绍了使用流延法及丝网印刷法制备阳极支撑型中温SOFC单电池的工艺过程 ;采用固相反应法制备出Gd2 O3 掺杂CeO2(GDC) ,采用流延法制备阳极 ,采用丝网印刷法制备电解质层及阴极 ,对GDC的相成分进行了测试分析 ;对阳极和电解质烧结后的孔隙密、密度及显微组织进行了表征。试验结果表明 ,采用流延法及丝网印刷法 ,通过选取合适的粉末原料 ,调整并优化制备过程的工艺参数 ,可以制备出具有良好组织结构和性能的阳极支撑型中温SOFC单电池     

固体氧化物燃料电池La0.9Ca0.1Fe1-xNbxO3-δ阳极的制备及性能

采用流延法制备以ScSZ为电解质的电解质支撑电池、以LSM/ScSZ为电池阴极材料,用浸渍的方法制备优化后的钙钛矿La_(0.9)Ca_(0.1)Fe_(0.9)Nb_(0.1)O_(3–δ)(LCFNb10)阳极。结果表明:Nb的加入有利于钙钛矿材料在氢气中的稳定性,且最佳掺杂量为10%(摩尔分数)时,LCFNb10电池在氢气、一氧化碳和丙烷中的放电功率在850℃分别可达526.7、452.3、328.1 m W/cm~2,表明LCFNb10是一种极具前景的SOFC电池阳极材料。     

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。     

PMMA含量对水系流延IT-SOFC性能的影响

通过向阳极添加单一分散性的球形造孔剂PMMA改善阳极的微观结构,研究不同含量的PMMA对阳极的孔隙率、显微结构、电性能的影响。文中分别制备了造孔剂(PMMA)含量分别为6wt.%、8wt.%、10wt.%和12wt.%四种阳极材料的单电池,通过测试阳极还原前的开口气孔率分别为17vol.%,22.4vol.%,30.6vol.%和42.1vol.%;单电池的最大功率密度分别为0.66W/cm2、0.78W/cm2、1.15W/cm2和1.01W/cm2;极化电阻分别为1.12Ω.cm2、1.03Ω.cm2、0.88Ω.cm2和1.02Ω.cm2。实验结果表明:以单一分散性的球形PMMA为SOFC阳极材料的造孔剂,其最佳添加量为10wt.%,所制备的单电池可以获得最佳的电化学性能,即以3%H2O+H2为燃料气,750℃下,单电池的开路电压(OCV)为1.01V,最大功率密度为1.15W/cm2,极化电阻为0.88Ω.cm2。     

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。     

流延法制备Ni-YSZ/YSZ复合基膜及性能测试

采用传统有机流延法制备NiO-YSZ/YSZ复合基膜,其中包括流延浆料配制及流延工艺过程.采用共烧结方式制备均匀平整的SOFC多孔阳极支撑的致密电解质膜,阳极支撑层厚度1000 μm、阳极功能层20 μm、致密电解质层40 μm左右.并对阳极孔隙率和电解质气体渗透率、显微结构及膨胀系数等进行测试.结果表明通过复合流延的方式可以制备出具有良好组织结构和性能的SOFC阳极支撑系统.     

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。     

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。     

Cu掺杂SmBaCo_2O_(5+δ)作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究

采用EDTA-甘氨酸法制备了SmBaCo_(2-x)Cu_xO_(5+δ)(SBCC_x,x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)阴极材料,研究不同Cu掺杂量对SBCC_x材料的晶体结构、热膨胀系数、电导率及电化学性能的影响。结果表明,在SmBaCo_2O_(5+δ)阴极材料的Co位掺入Cu,材料的晶胞体积逐渐变大,热膨胀系数将随着Cu的加入而逐渐降低,与Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)电解质热匹配性良好。以SBCC1.0为阴极,SDC为电解质,N-SDC为阳极支撑的单电池在750℃时输出功率达到346 mW·cm~2,这得益于SBCC1.0在750℃时电导率值为133S·cm~1和较小的极化电阻0.154Ω·cm~2。     

水热原位生长制备致密氧化铈基固体氧化物燃料电池隔离层

面向高性能固体氧化物燃料电池(SOFC)低成本制备及长寿命运行需求,提出了一种致密氧化铈基隔离层的制备方法。将阳极支撑半电池的Y₂O₃稳定ZrO₂(YSZ)电解质浸没于硝酸钆和硝酸铈水溶液中,并在180℃水热条件下处理36 h,获得了原位生长的致密Gd₂O₃掺杂CeO₂(GDC)薄膜;进一步将其与La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3–δ阴极在1 075℃共烧结,得到阳极支撑SOFC单电池。结果表明,水热原位生长制备的GDC隔离层连续且致密,组成约为Gd_0.044Ce_0.956O_2–δ,厚度约为0.23μm;阳极支撑单电池在750℃的欧姆阻抗约为0.101Ω·cm²,相较于传统丝网印刷GDC隔离层单电池降低了约38%,在室温加湿氢气燃料下的最大功率密度达到...     

磷酸钛铝锂基全固态金属锂电池界面稳定性研究

采用固体电解质代替具有可燃性的液态电解液可有效解决当今锂离子电池的安全问题。然而,固态电池中的电极/电解质的固-固接触通常具有较大的界面阻抗,从而导致电池极化增加。采用聚偏氟乙烯(PVDF)基固体电解质作为正负极界面缓冲层,可有效地解决固体电解质与电极的高界面阻抗问题,使正极界面单位面积阻抗从1 716Ω/cm²降至213Ω/cm²。在负极处,PVDF可提供良好的弹性支撑,使负极界面单位面积阻抗从1 135Ω/cm²降至109Ω/cm²。此外,金属锂对称电池的直流极化测试表明,经过PVDF修饰后负极界面稳定性显著提高。最后,组装的钴酸锂/金属锂软包电池,正负极界面均经PVDF修饰后,电池能量密度可达到336 W·h/kg。1C条件下循环300次后,容量保持率可从30.7%提升至83.3%。     

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.     

表面修饰对镧锶钴铁阴极材料电化学性能的影响

通过柠檬酸-EDTA络合法制备固体氧化物燃料电池阴极材料La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(LSCF)粉体。以Sm_0.2Ce_0.8O_1.9(SDC)为电解质,制备了LSCF/SDC/LSCF对称电极。采用浸渍法在LSCF/SDC/LSCF两侧浸渍La(NO₃)₃、Ni(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃混合溶液,850℃烧结后得到表面修饰后的阴极材料。研究了浸渍烧结后表面修饰阴极材料的物相结构特征、电化学交流阻抗、电化学催化活性及单电池输出性能。结果表明:通过浸渍法在LSCF阴极表面形成了与LSCF结构相似的La_0.62Sr_0.38Ni_0.03Co_0.19Fe_0.78O_3-δ(LSNCF)固溶体,在表面产生的纳米颗粒提升了阴极材料对O2的吸附解离能力,并表现出较低的极化阻抗,在800℃时LSNCF阴极材料的极化面电阻为0.083Ω·cm²,在800℃连续工作7 200 min后,LSNCF阴极材料对称电池极化阻抗为0.117Ω·cm²。以Ni-SDC为阳极,SDC为电解质,LSNCF为阴极组装阳极支撑单电池,在750℃时最大功率密度为693 m W/cm²。     

阳极支撑结构IT-SOFC的阳极及电解质层的水系流延与共烧

采用水系流延成型,共烧制备了平板式中温固体氧化物燃料电池（SolidoxidefuelcellSOFC）的NiO/YSZ阳极支撑电解质氧化钇稳定氧化锆（YSZ）薄膜复合体。通过调节优化浆料的pH值、分散剂和粘度获得了具有均匀的微观结构电解质YSZ与阳极NiO/YSZ流延素坯。调节阳极中的YSZ粉体的颗粒级配,以促使阳极坯片的烧成收缩与电解质坯片的烧成收缩相匹配,获得大面积、平整的阳极与电解质复合烧结体,其中阳极层厚度为0.5～1.0mm,孔隙分布均匀,孔隙率达30vol%以上;电解质厚度为15μm以下,相对密度大于98%;阳极与电解质层界面两者能很好地烧结在一起。     

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。