复合阳极NiO-SDC+LSGM的性能研究

采用共压-共烧结法分别制备了以50%(质量分数)NiO-(50-x)%(质量分数)Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC) x%(质量分数)La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-a(LSGM)(x=0、10、20、30、40)为阳极支撑,LSGM为电解质、La0.9Sr0.1Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF) Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为复合阴极的单电池片;用扫描电子显微镜(SEM)观察了电池片的微观结构;用X射线衍射(XRD)法分析了阳极材料于1250℃条件下烧结4h后的晶相结构;在350～600℃之间,以50℃为间隔,以干天然气为燃料气、氧气为氧化气测试了其电化学性能。结果表明:单电池阳极材料具有良好的孔道结构;在测试条件下,五种不同阳极组成的单电池中50%(质量分数)NiO-30%(质量分数)SDC 20%(质量分数)LSGM阳极支撑的单电池具有最佳的电化学性能,对天然气有更好的催化效果,在常压和600℃条件下其最大电流密度为229.32mA/cm2,最大比功率为45.86mW/cm2。     

高温极化对Ni8-Fe2-LSGMC5复合阳极性能的影响

利用XRD、SEM及多种电化学技术,考察了高温原位极化对Ni8-Fe2-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3-δ(LSGMC5)复合阳极性能的影响.高温极化改善了Ni-Fe复合阳极及电极/电解质界面的微观结构,减小了欧姆电阻和极化电阻,提高了电极的活性.极化没有改变复合阳极的物相,电极以Ni3Fe合金的形式存在.极化电流密度是决定电极性能的主要因素,在925 ℃下,随着极化电流密度由0 A/cm2增大至6 A/cm2,相应的电池在800 ℃下的最大功率密度由0.09 W/cm2增加至1.00 W/cm2.     

镍-镓酸镧复合阳极的研究

制备了多种镍-镓酸镧(LaGaO3)复合阳极,并以Ni-LaGaO3为复合阳极,系列Sr、Mg和Co掺杂的LaGaO3为电解质,Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-LaGaO3为复合阴极,组装单电池.用极化、交流阻抗等技术,对阳极电化学性能进行研究,测试了电池的功率输出特性.Ni-LaGaO3复合阳极的最佳焙烧温度约为1 200℃,焙烧温度显著影响阳极/电解质界面的欧姆电阻和极化电阻.Ni-LaGaO3复合阳极的性能,依赖于所负载电解质及电极中掺入的LaGaO3的性质.随着电解质中Co含量的增加,电池的欧姆电阻减小、电极活性增加,单电池的最大输出功率密度提高.Ni-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)| La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3(LSGMC8.5)|SSC-LSGMC5电池在800℃、氢为燃料的条件下,最大输出功率密度达0.75 W/cm2;甲烷为燃料的条件下,最大输出功率密度达0.53 W/cm2.     

Ce_(0.8)M_(0.2)O_(2-δ)(M=Co,Fe,Mn)用于天然气中温SOFCs阳极的研究

采用溶胶-凝胶法合成了过渡金属掺杂的CeO2新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阳极材料Ce0.8M0.2O2-δ(M=Co,Fe,Mn)(20 CDC、20 FDC、20 MDC).采用共压-共烧结法制备了以NiO-20 CDC、NiO-20 FDC、NiO-20 MDC复合阳极为支撑、以Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为电解质、以La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF)-GDC为复合阴极的单电池.利用XRD、SEM等方法对阳极材料进行了物相结构和微观形貌分析.在400～700℃范围内,以湿天然气(3%H2O)为燃料气、氧气为氧化气测试比较了三种电池的放电性能.结果表明:所制的20 CDC、20 FDC、20MDC粉体均为萤石型结构;在制备的电池中,(50%)NiO-20 CDC阳极材料具有良好的孔道结构,且具有最佳的电化学性能,在650℃时其最大电流密度为148.84 mA/cm2,最大比功率为30.91 mW/cm2.     

制备工艺对Fe-Ni/SDC复合阳极性能的影响

研究了制备工艺对Fe0.6Ni0.4O1.3(Fe-Ni)/SDC复合阳极性能的影响.阻抗谱和燃料电池输出特性显示,烧结时间和复合阳极中电解质的掺杂量对电化学性能有很大的影响,最终确定当Fe-Ni、SDC及碳粉的质量比为7:3:1时,阳极的性能较好.使用该阳极的电池,在700℃时的输出功率密度最高可达232.69 mW/cm2.     

Sol-gel法合成La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3及其电性能研究

采用溶胶-凝胶法合成中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3,通过热重-差热分析法(TG-DTA)、X射线衍射光谱法(XRD)分析了合成过程,在800℃焙烧2 h得到完整的晶体.通过直流伏安法和交流阻抗法研究了材料的电子电导率和离子电导率;在700℃时,La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3的电子电导率和离子电导率分别为386 S/cm和0.001 3 S/cm;La0.8Sr0.2Co0.9Fe0.1O3的电子电导率和离子电导率分别为650 S/cm和0.042 S/cm,能够满足中温燃料电池要求.La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3电极过程是由O2-离子界面反应所控制.     

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.     

干压法制备LSM-YSZ阴极支撑电解质薄膜

采用甘氨酸-硝酸盐溶液燃烧法制备了粒度均匀、纯钙钛矿结构的La0.75Sr0.20MnO3-δ(LSM)阴极粉体。研究表明LSM阴极与(ZrO2)0.87(Sc2O3)0.11(Mn2O3)0.02(11ScSZ-2Mn2O3)电解质在1350℃以下时具有良好的化学相容性。以LSM-YSZ(氧化钇稳定氧化锆)为阴极,添加碳黑作造孔剂调节阴极的收缩率和孔隙率,采用干压法,在1250℃下共烧结制备了适宜孔结构和孔隙率的LSM-YSZ阴极支撑11ScSZ-2Mn2O3致密电解质薄膜。这种廉价、方便的干压、低温共烧结制备方法有助于推动阴极支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展。     

固体氧化物燃料电池Ce0.8Mo0.2O2+δ阴极阻挡层研究

采用Pechini方法分别合成Ce0.8Mo0.2O2+δ(CMO)和Ce0.8Gd0.2O2-δ(CGO)两种阴极阻挡层粉体,并通过X射线衍射光谱法(XRD)等手段对粉体进行表征,结果表明CMO粉体主晶相呈萤石型结构,粉体中还含有Ce8Mo12O49杂质.将CMO和CGO分别应用于3％(摩尔分数)Y2O3稳定氧化锆(...     

固体氧化物燃料电池复合阴极研究进展

介绍了复合阴极材料在中低温SOFC的研究进展,从化学动力学和三相界面理论阐述了复合阴极材料在降低阴极的极化电阻、界面电阻和极化过电位的机理,指明了复合阴极材料的重要作用和发展前景。     

自制涂层三维阳极MFC产电性能研究

以乙酸钠为燃料,制作涂层型三维复合阳极并组建铁碳布空气阴极微生物燃料电池。以铁网为三维框架,将碳毡覆盖至其上,并使用碳粉和30%PTFE溶液的混合液作为涂料在阳极表面添加涂层。将制作好的自制涂层型三维阳极和铁网分别组装微生物燃料电池,测试了铁网单独作为阳极时电池的产电性能,以及涂层含量和配合比对微生物燃料电池产电性能的影响。结果表明,相比铁网阳极,自制涂层型三维阳极能有效地提高电池的产电性能;涂层的含量和配合比均对电池产电性能有较大影响;当碳粉和PTFE的含量分别为750 mg和10 m L时,即配比为75∶1时,电池的产电性能最好,表观内阻为190 W,最大比功率为5 189.4 m W/m3。     

La1-xCaxCrO3对硫-氧燃料电池催化性能的研究

通过共沉淀法制备出La1-xCaxCrO3(x=0,0.1,0.2,0.3)作为阳极催化剂,分别以钇稳定氧化锆(YSZ)粉体和La0.66Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-x(LSCF)粉体作为硫-氧燃料电池的电解质材料和阴极材料.发现在700～800 ℃时,La1-xCaxCrO3(x=0,0.1,0.2,0.3)...     

阳极支撑固体氧化物燃料电池制备研究

制备了Ni/YS│YSZ│LSM[YSZ——Y2O3掺杂(稳定)的ZrO2;LSM——锰酸镧即La0.85Sr0.15MnO3]阳极支撑单体固体氧化物燃料电池(SOFC)。其中阳极基底、YSZ电解质薄膜和LSM阴极分别采用干压成型方法、浆料喷覆工艺和浆料涂覆法制备。考察了电池制备过程中影响电池品质的主要因素,指出基底不均匀性和焙烧升温速率过快是导致成型压力在25～250MPa范围内阳极基底翘曲和开裂的主要原因;影响阳极基底与YSZ电解质薄膜共焙烧匹配性的主要因素是成型压力、预焙烧温度和焙烧升温速率。应用扫描电子显微镜(SEM)表征了电池微观结构,YSZ电解质薄膜的厚度约为15～20mm。考察了电池电性能,800℃下,阳极H2进气流量为250mL·min-1时,电池开路电压1.0973V,最大比功率0.13W·cm-2。进一步优化电极结构,可制备高性能的阳极支撑SOFC。     

固体氧化物燃料电池研究--10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2作阳极材料

以10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2为阳极、Pt为阴极和参考电极,组装了固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池并进行了测试,考察了操作温度、甲烷流量等对电池性能的影响,发现提高操作温度以及在阳极材料中添加CeO2可以显著改善电池性能。升高温度,阳极极化曲线中的极限电流密度值随之上升;阳极中CeO2含量为10%时,功率最大值由未加时的4.10 mW/cm2增大至9.76 mW/cm2,对应的电流密度由12.22 mA/cm2增大至35.7 mA/cm2。甲烷的流量对电池开路电位有显著的影响,但当甲烷流量在18 mL/min以上时,其影响已十分微弱。     

固体氧化物燃料电池阳极基底造孔剂的研究

采用甘氨酸-硝酸盐法制备La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-d(LSCM)钙钛矿型阳极材料,采用传统干压成型法制备LSCM阳极基底。在阳极基底中分别加入不同种类和不同含量的造孔剂,采用扫描电子显微镜(SEM)观察阳极基底微观结构,并用质量体积法测量阳极的孔隙率。研究结果表明,当选用质量分数为8%的淀粉作为造孔剂时,阳极基底的微观性能最佳并得到最大的孔隙率。     

固体氧化物燃料电池复合阴极研究

中低温(600~800 ℃)固体氧化物燃料电池是目前研究的主流。降低工作温度虽然能够解决材料选择、热应力、腐蚀等一系列问题,但是导致了阴极性能和阴极效率下降。复合阴极在某种程度上可以改善低温下阴极性能恶化的情况,降低过电位和极化电阻、界面电阻等。介绍了复合阴极的研究理论和研究方法,以及为解决这些问题所进行的阴极复合研究的现状,包括阴极材料与电解质、贵金属材料复合的研究现状,提出了今后的研究方向及应解决的问题。     

固体氧化物燃料电池阳极结构研究进展

概述了有关固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极结构研究的进展,探讨了阳极的组成材料、孔隙率、孔的微观结构、多层结构以及界面性质等因素对SOFC性能的影响。分析了多孔阳极的微观结构,指出各向异性的孔状结构会损害阳极性能。总结了阳极材料制备工艺参数对阳极孔隙率的影响。比较了近年来开发的几种多层阳极并指出其结构特点以及制备工艺的难点。介绍了加入混合导体层来改善SOFC电极/电解质界面性质的方法。     

甲烷在SOFC阳极中反应的条件和规律

以8%mol Y2O3稳定的ZrO2(8YSZ)为电解质、Ni-8YSZ为阳极,研究了不同电流密度、甲烷浓度和反应温度下,甲烷在固体氧化物燃料电池(SOFC)中由部分氧化到完全氧化转变的规律。在1 000℃下、甲烷浓度为4.2%时,由部分氧化转变为完全氧化的临界电流密度为0.384~0.512 A/cm2,该值与甲烷浓度及温度成正比。