中低温固体氧化物燃料电池电解质研究进展

固体氧化物燃料电池的中低温化是其商业化的关键所在,而在中低温度下具有高离子电导率等优良性能的电解质材料成为当今的研究热点。本文中阐述了各种电解质的导电机理、性能和研究现状,讨论了它们的优缺点和应用,且指出了中低温电解质材料的发展方向和亟待解决的问题。     

钙钛矿结构质子导体基固体氧化物燃料电池电解质研究进展

从适用于中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)电解质材料的设计与改性角度出发,回顾了钙钛矿结构质子导体的发展历史、研究现状及未来研究趋势。按照钙钛矿型IT-SOFCs的结构特点,对Ce基、Zr基及Ce/Zr基电解质等质子导体做了重点介绍;指出目前Ce基陶瓷膜在稳定性方面,以及Zr基陶瓷膜在电导率和烧结活性等方面都有待提高;未来这方面研究仍主要以钡基铈酸盐、锆酸盐为主,提高电导率、增加稳定性和烧结活性等将是这类材料长期面临的困难与挑战。从质子导体的结构角度改性传统钙钛矿型IT-SOFCs电解质、探索新型钙钛矿结构质子导体以及采用新的陶瓷膜制备技术方法等将在此类电解质材料的实际应用道路上起到重要作用。     

质子导体固体氧化物燃料电池模拟研究的进展

质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)具有全固态结构及燃料适用性广等优点,对于解决世界能源短缺和改善环境污染等问题存在巨大潜力.本文首先介绍了H-SOFCs的工作原理,然后对电化学模型建立过程进行综述,最后指出在电池堆电化学模型研究中需注意的问题.     

燃料电池固体氧化物电解质研究进展

本文对当前燃料电池用固体电解质材料的研究进展进行了综述.首先介绍了固体氧化物燃料电池的发展趋势及其与电解质材料性能的关系,然后分别对Y2O3稳定ZrO2(YSZ)、Sc2O3稳定ZrO2(ScSZ)、Ce基材料和其他一些电解质材料如Bi2O3、LaGaO3的制备、掺杂和电导率性能等方面进行了总结.最后,提出了今后电解质材料研的几个重要方向.     

质子导体基固体氧化物燃料电池的新认识

质子导体基固体氧化物燃料电池(P-SOFC/PCFC)是建立在质子传导机制上的全固态、绿色、经济的发电装置。鉴于目前固体氧化物燃料电池(SOFC)的低温化发展趋势,本综述系统分析了PCFC内部的质子传导机制,总结了目前常见的PCFC电解质和电极材料,探讨了PCFC内部质子传导通道的高效构建问题。在材料研究方面,重点分析了各类PCFC材料的设计理念和目前仍存在的问题。针对PCFC的未来发展趋势,指出开发新型的质子导体电解质和电极材料仍然是目前这一领域亟需进行的工作。     

固体氧化物燃料电池的制备

采用柠檬酸-硝酸盐燃烧合成了纳米级CeO2基阳极支撑平板式固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）的电解质与电极材料。研究了SOFC三极板[NiO-Ce0.8Gd0.2O1.9（CGO）,阳极;CGO电解质;La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）-CGO阴极]的制备工艺,对制膜过程、烧结工艺等做了探讨。指出了较佳的制备条件。结果表明：物理混合得到的阳极优于共燃烧得到的阳极;球磨分散得到的阳极致密,乳化分散得到的阳极中NiO与CGO的分散较为均匀。     

固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展(英文)

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells,SOFCs)因具有能量转换率高,燃料适应性强,环境友好和操作方便等优点,受到了人们的普遍关注.发展中低温SOFCs是其商业化必然趋势.电解质材料是SOFCs的关键材料.对用于中低温SOFCs电解质材料的研究现状和进展进行了论述,并着重介绍了近年来受人们广泛关注的磷灰石型电解质材料.阐述了SOFCs电解质材料的研究趋势.     

中低温固体氧化物燃料电池陶瓷阴极材料

综述了中低温固体氧化物燃料电池（SOFC）陶瓷阴极材料的研究和发展动态，这些陶瓷材料包括焦绿石结构的A2Ru2O7-δ陶瓷，Ag-YDB(Y2O3dopedBi2O3)复合陶瓷以及具有钙钛矿结构的La1-xSrxCo1-yFeyO3(LSCF)型陶瓷。     

固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cells,SOFC）有着能量转换效率高,燃料适应性强和环境友好等优点,因此受到了人们的普遍关注,但是固体氧化物燃料电池的商业化应用还取决于其关键材料的进一步发展。介绍了SOFC对阳极材料的基本要求,重点评述了各种阳极材料的优缺点及其研究进展（包括金属、金属陶瓷、混合导体氧化物等）,并对改进阳极材料性能的各种措施进行了归纳总结。     

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.     

等离子喷涂在制备中温平板式固体氧化物燃料电池中的应用

固体氧化物燃料电池 (solidoxidefuelcell,SOFC)是一种新型的高效率、环境友好的能量转换装置。为了在竞争激烈的电力市场中实现商业化 ,急需降低SOFC的工作温度 (目前成熟电池堆的工作温度 >80 0℃ ) ,兼顾提高电池堆长期工作稳定性的同时 ,能大幅度削减生产成本。等离子喷涂工艺由于能够高效率的获得理想层状结构和优良结合强度的涂层 ,在中温平板式SOFC的阳极、电解质和阴极制备中均有应用。文中简要说明了等离子喷涂工艺原理及特点 ,综述了其在制备中温 ( 65 0～ 80 0℃ )平板式SOFC中的应用 ,并展望了今后的研究发展方向     

新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究

研制兼有优良的导电性能和合适的热膨胀性能的阴极材料是中温固体氧化物燃料电池(SOFC)发展中的关键问题之一。本论文阐述了近年来中温SOFC阴极材料的发展,介绍了新型阴极材料La2NiO4 δ混合导体的合成与制备和性能方面的研究,并对中温SOFC阴极材料的研究方向进行了探讨。     

锥管状电解质支撑的固体氧化物燃料电池的制备及其性能

用石膏模注浆成型法制备了摩尔分数为8%氧化钇稳定氧化锆的致密锥管状电解质.在1 500℃下煅烧4h,样品的相对密度达到97.7%.锥管的大开口端直径为16.5 mm,小开口端直径为15 mm,管壁长为12 mm,壁厚为0.177 mm.用甘氨酸-硝酸盐燃烧法制备了超细电极材料.将制备的锥管状电解质和电极材料组装成电解质支撑的固体氧化物燃料单电池,以氢气为燃料、空气为氧化剂,研究了该电池的性能.结果表明:电池开路电压(open circuit voltage,OCV)随温度的变化与理论结果一致,在800 ℃时,OCV达1.013 V,最大输出功率约为190 mW.阻抗谱测量结果表明:电解质的欧姆电阻是影响电池性能的主要原因.     

LaGaO3基固体电解质在SOFC中的应用

对锶镁掺杂镓酸镧(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85, 简写为LSGM1020)固体电解质的电化学性能进行了初步研究, 并测试了以之为电解质, Ni-CeO2为阳极, La(Sr)MnO3为阴极的氢-氧燃料电池(SOFC)的伏安特性. 用能谱(EDAX)分析了测试电池横截面各种元素的分布情况. 结果表明得到的LSGM1020电解质有较高的中温和高温离子电导率, 在不同的温度范围氧离子迁移数均接近于1. 测试电池的最大输出功率密度和最大电流密度分别为67.7mW*cm-2和126.3 mA*cm-2. EDAX结果显示, 作为电解质主元素之一的Ga发生了从电解质到阴极的扩散过程, 而作为阳极主成分之一的Ni也扩散到了电解质中. 电池材料组份之间的相互扩散过程可能是导致测试电池输出功率和电流密度偏低的主要原因. 可以认为, 要使LSGM在SOFC中得到更广泛的应用, 必须改善它的化学稳定性.     

固体氧化物燃料电池中的阳极电化学过程数学模拟研究

在质量守恒、动量守恒和能量守恒定律及Butler-Voulmer方程组的基础上,加上边界条件和初始条件,通过数学模型对SOFC中的阳极催化层内部的燃料反应气体的气相扩散及产物的气相扩散的基本动态规律进行了描述。其偏微分方程只能通过数值计算求解,而无法得到解析解。增大阳极孔隙率ε可提高多孔电极中的有效气体扩散系数。当阳极较薄时,阳极的总极化电阻与单位体积内的电化学活性区的面积A成反比,增大阳极的电化学活性区的面积有利于降低其总极化电阻。该数学推演结论对阳极的优化制备具有重要的参考价值。     

中低温固体氧化物燃料电池功能梯度阴极的合成

分别以Sr(NO3)2,Co(NO3)2·6H2O和Sm(NO3)3·6H2O,Ce(NO3)3·6H2O为原料,采用氨基乙酸法和固相合成法制备了Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)和Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)粉体,采用旋涂法在Al2O3基板上制备出了中低温固体氧化物燃料电池复合阴极层,并用X射线衍射仪、能谱仪和扫描电镜对梯度阴极的材料成分和微观结构等进行了分析。结果表明:复合浆料旋涂结合热处理可以有效地在基板表面制备出复合阴极层,且制备的阴极层与基板结合良好;通过使用氨基乙酸法和固相合成法制备的粉末,实现了阴极中晶粒尺度的调控;通过控制浆料中SSC和SDC相对含量获得了组分梯度;控制造孔剂含量有效地实现了孔隙度的调控,从而获得梯度化的固体氧化物燃料电池阴极。     

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