基于交替浸渍法对La0.65Sr0.35MnO3氧电极的性能优化

氢能以其高效、清洁、可再生的优点成为化石能源的有效替代者,而可逆固体氧化物电池(RSOC)既可利用氢气输出电能,也可电解H₂O产生氢气,对其研究具有十分重要的意义。本文对RSOC的氧电极进行了研究,在La_0.65Sr_0.35MnO₃(LSM)氧电极的基础上,采用溶液交替浸渍法将Sm_0.2Ce_0.8O_1.9(SDC)和Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC)纳米粒子引入LSM氧电极中。800℃时,交替浸渍1次的LSM-SDC-SSC1氧电极的极化电阻为0.49Ω·cm²,是纯LSM电极(1.12Ω·cm²)的43%。SDC和SSC的浸渍顺序对电极形貌和性能的影响随着浸渍次数的增加逐渐减弱,交替浸渍2次的LSM-SDC-SSC2氧电极具有最低的极化过电位和极化电阻。800℃时,Ni-(Y₂O₃     

Mn离子掺杂Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ钙钛矿SOEC阴极电解CO2性能研究

固体氧化物电解池(SOEC)电解CO₂时其阴极是CO₂还原反应发生的场所,也是SOEC取得高性能的关键环节。研究了Mn离子掺杂的Pr_0.5Ba_0.5Fe_0.9Mn_0.1O_3-δ(PBFM)钙钛矿材料作为SOEC阴极电解纯CO₂的性能。结果表明在850℃、1.8 V的电解电压下基于PBFM阴极的SOEC电流密度可达1.7 A·cm^-2,较使用未掺杂的Pr_0.5Ba_0.5FeO_3-δ(PBF)阴极提升了约30%;同时,电池的极化阻抗下降约60%,电化学性能增长主要来源于掺杂后氧空位浓度的增加。在800℃、1.3 V恒压的条件下70 h的长期测试中,PBFM电池没有表现出明显的衰减,且长期测试后的电极没有积碳现象。研究证明PBFM是一种有前景的电解CO₂ SOEC阴极材料。     

La掺杂Hf0.5Zr0.5O2薄膜铁电性能研究

铪基氧化物薄膜在超薄膜厚下仍具有优良的铁电性能,非常适用于高密度集成的铁电存储。La掺杂铪基薄膜拥有极为优异的循环写擦特性,但其剩余极化强度(2Pr≤35μC/cm²)还有待进一步提高。本研究采用原子层沉积(ALD)制备La掺杂的Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜(HZLO),通过快速热退火(RTA)对样品进行500℃、550℃和600℃的热处理,研究La掺杂及退火温度对TiN/HZLO/TiN/W结构铁电性能的影响。研究表明,La掺杂促进薄膜四方相转变为正交相,剩余极化强度(49.8μC/cm²)获得极大提高。此外,La掺杂还降低了器件矫顽场(～1.25 MV/cm)并改善矫顽电场对称性。随着退火温度升高至550℃,正交相占比升高至～77%,剩余极化强度高达49.8μC/cm²,而进一步升高退火温度至600℃,正交相、四方相和立方相朝着单斜相转变,器件剩余极化强度降低。     

Nb掺杂对Nd0.6Sr0.4CoO3-δ的结构影响及电化学性能探究

通过溶胶凝胶法制备了Nb掺杂Nd_0.6Sr_0.4Co_1-xNb_xO_3-δ钙钛矿氧化物,并将其作为阴极材料应用于SOFC领域。通过扫描电镜、X射线衍射及热膨胀仪探究了材料的微观形貌、物相结构以及热膨胀特性。实验结果表明,随着Nb掺杂量的增加,原结构由正交相向立方相转变;热膨胀系数也随之降低。通过电化学工作站对材料进行了电导率、电化学阻抗谱和单电池功率密度测试。测试结果表明Nb含量的增加降低了原结构的电导率。当Nb掺杂量达到0.06时,Nd_0.6Sr_0.4Co_0.94Nb_0.06O_3-δ具有最低的极化电阻,800℃时为0.061Ω·cm²;同时对其进行功率密度测试,在800℃时其功率为167.9 mW/cm²,具有良好的电化学性能,可作为中低温SOFC阴极材料。     

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-Ce0.9Gd0.1O2-δ中低温固体氧化物燃料电池复相阴极的研究

采用溶胶-凝胶法制备Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(BSCF)粉体后, 使用Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ(GDC)溶胶包裹BSCF粉的方法制备疏松多孔的BSCF-xGDC(x=30wt%, 40wt%, 50wt%)复相阴极。通过X射线衍射仪、场发射扫描电镜和透射电镜对复相阴极的物相组成、单电池断面形貌及GDC对BSCF颗粒的包裹形貌进行表征。利用阻抗谱测试研究了复相阴极材料的电化学性能, 讨论了掺入GDC量对阴极性能的影响。结果表明：通过GDC溶胶包裹BSCF粉体的制备方法改善了阴极的电化学性能, 在同一温度下, BSCF-40GDC阴极的极化电阻最小, 在650℃时阴极极化阻抗约为0.397 Ω•cm²; 以BSCF-40GDC为阴极制备的单电池, 以H₂+3%H₂O为燃料气、空气为氧化气体, 650℃下电池的最大功率密度为0.514 W/cm², 欧姆电阻为0.257 Ω•cm², 两极极化电阻为0.0588 Ω•cm²。     

燃料对甘氨酸-硝酸盐法合成Gd0.8Sr0.2CoO3-δ阴极材料的影响

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)制备Gd_0.8Sr_0.2CoO_3-δ (GSC)纳米粉体。通过元素化学计量、热力学计算及XRD、SEM、交流阻抗谱等测试手段, 研究了甘氨酸与金属离子摩尔比(G/M=1.5、2.0、2.5、3.0、3.5)以及煅烧温度等制备参数对GSC粉料合成反应及电极性能的影响。实验测得凝胶自燃烧时火焰温度在850~1150℃之间, 其中G/M=2.5时火焰温度最高, 燃烧最完全, 与理想化学计量(φ=1)的计算结果相一致, 由此制得的粉料呈蓬松泡沫状, 粒径细小。交流阻抗谱测试结果表明: 1100℃煅烧制得的GSC-2.5阴极与Sm_0.2Ce_0.8O_1.9 (SDC)电解质间的界面电阻(ASR)最小, 仅0.119 Ω·cm²。Gd_0.8Sr_0.2CoO_3-δ电极电导率在500~800℃测试范围内均大于100 S/cm, 满足IT-SOFC阴极材料的要求。     

Gd0.2Ce0.8O2包覆LaNi0.6Fe0.4O3-δ阴极材料抗铬污染性能

应用丝网印刷和共烧结制备LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ (LNF)/Sc_0.1Zr_0.9O_1.95(ScSZ)/LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ 对称电池.以硝酸铈和硝酸钆为原料、柠檬酸为燃料,采用燃烧法制备质量分数为21.3%的Gd_0.2Ce_0.8O₂(GDC)包覆的LNF阴极.电化学阻抗谱(EIS)表明:在750 ℃工作温度下,当无Cr基合金接触时,质量分数21.3%的GDC包覆的LNF经过1 200 h的搁置,其极化电阻由0.13 Ω·cm²增加至0.40 Ω·cm²,而纯LNF经过500 h的搁置,极化电阻由0.70 Ω·cm²增加至2.36 Ω·cm²,GDC的包覆加速了气体/阴极/电解质三相界面反应区的扩散过程,降低了阴极极化电阻;当有Cr基合金接触时,相对于质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极,LNF/ScSZ界面处沉积出大量Cr₂O₃,减缓了活性粒子在三相界面处的扩散,故其极化电阻远大于相同条件下质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极的极化电阻,质量分数为21.3%的GDC包覆的LNF阴极具有较佳的抗铬污染性能.     

LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2@WO3复合正极材料的制备与性能

为改善LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM）锂离子电池三元正极材料的电化学性能,采用液相蒸发法将WO₃包覆于NCM表面,得到NCM@WO₃复合正极材料。通过XRD、SEM和TEM对NCM@WO₃复合材料的结构和形貌进行表征,利用充放电测试、循环伏安及交流阻抗测试对其电化学性能进行表征。结果表明,当WO₃包覆量为3wt%时,NCM@WO₃复合材料性能最佳,在0.5 C下的首次放电比容量为179.9 mA·hg-1,不可逆容量损失降低至42.4 mA·hg-1,循环50圈后容量保持率为98.3%。WO₃的包覆提高了锂离子扩散速率,减少了电极材料与电解液的副反应,NCM@WO₃复合材料的电化学性能得到提升。      

质子导体固体氧化物燃料电池的PrBa0.5Sr0.5Cu2O6-δ复合阴极材料

采用柠檬酸盐燃烧法制备了无钴双钙钛矿氧化物PrBa_(0.5)Sr_(0.5)Cu_2O_(6-δ)(PBSC)粉体,探究其作为质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)阴极材料的可行性。研究了它与质子导体电解质BaZr_(0.1)Ce_(0.7)Y_(0.2)O_(3-δ)(BZCY)之间的化学相容性,分析了单相阴极PBSC、复合阴极PBSC-BZCY与电解质之间的热匹配性,并测试了单电池的电化学性能。结果发现,以PBSC为阴极、NiO-BZCY为阳极、BZCY为电解质的单电池在750℃时的最大功率密度为230 mW·cm~(-2),表明PBSC可作为H-SOFCs的阴极材料。而以PBSC-BZCY为阴极的单电池在750℃时的最大功率密度高达669 mW·cm~(-2)。复合阴极电池性能的大幅提高主要与阴极反应从单相阴极/电解质界面扩展到复合阴极电池的整个阴极区域,大幅降低电池电阻有关。PBSC-BZCY复合阴极在H-SOFCs中的应用具有较好的前景。     

微波可调BaSrZnSi2O7-Ba0.5Sr0.5TiO3复合陶瓷的结构与介电性能关系

采用传统电子陶瓷工艺制备出BaSrZnSi₂O₇-Ba_0.5Sr_0.5TiO₃复合陶瓷,系统研究了其相结构、微观结构和介电性能。研究表明：随着BaSrZnSi₂O₇的加入,样品的居里峰向低温方向移动;但BaSrZnSi₂O₇加入量达到一定程度后,居里峰在一定的温度下保持稳定。调制特性变化规律类似于居里峰的移动。品质因数（Q值）的变化主要取决于微波材料加入后的"掺杂"和"复合"效果。当BaSrZnSi₂O₇质量分数为60wt% 时,复合材料表现出良好的综合特性：介电可调率为 16%（10 kHz）,介电常数为152,Q值达到417（2.720 GHz）,表明BaSrZnSi₂O₇-Ba_0.5Sr_0.5TiO₃复合陶瓷是电可调微波器件很好的潜在应用材料。     

高居里温度BaTiO3-(Bi0.5Na0.5)TiO3无铅正温度系数电阻陶瓷的制备

用传统的固相反应烧结法制备了(1-xmol%)BaTiO₃-xmol%(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃(BBNTx)高温无铅正温度系数电阻( positive temperature coefficient of resistivity, PTCR)陶瓷。X射线衍射表明所有的BBNTx陶瓷形成了单一的四方钙钛矿结构。SEM分析结果显示随着BNT含量的增加, 陶瓷晶粒尺寸减小。空气中烧结的0.2mol% Nb掺杂的BBNT1陶瓷, 室温电阻率为~10² Ω·cm, 电阻突跳为~4.5个数量级, 居里温度为~150℃。氮气中烧结的0.3mol% Nb掺杂的BBNTx(10≤x≤60)陶瓷, 同样具有明显的PTCR效应, 居里温度在180~235℃之间。随着BNT含量的增加, 材料的室温电阻率增大, 同时陶瓷的电阻突跳比下降。     

锌—空气电池活性电极材料LaCo1-xFexO3的制备及其性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备出不同Fe掺杂量的LaCo_1-xFe_xO₃,并将其作为锌-空气电池的空气电极活性材料。分别通过XRD、SEM以及电化学测试研究了其形貌结构和电催化性能。结果表明,当Fe取代量超过50%时,LaCo_1-xFe_xO₃的晶体结构由菱面体开始转变为立方体。其中,LaCo_0.5Fe_0.5O₃颗粒均匀,晶粒尺寸达到纳米级别,在-0.7 V电位下,表现出了最大的极化电流密度4.92 mA·cm^-2。将LaCo_0.5Fe_0.5O₃应用于锌-空气电池空气电极中,在1mA恒定电流下,放电电压稳定在1.2 V。在80个循环后,充放电压差为0.85 V,往返效率保持在57.2%,优于LaCoO₃的0.95 V和52.0%。     

新型SOFC阳极材料La0.75Sr0.25Mn0.5Cr0.5-xCuxO3-δ的合成与表征

合成了新型固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料La_0.75Sr_0.25Mn_0.5Cr_0.5-xCu_xO_3-δ (LSMCr_0.5-xCu_x, x=0、0.05、0.10、0.20)。通过X射线衍射(XRD)表征其物相结构和与电解质的化学相容性, 通过透射电子显微镜(TEM)表征其微观形貌。用直流四探针法测试了材料的电导率; 交流阻抗法表征了材料的阳极阻抗特性。结果表明: LSMCr_0.5-xCu_x材料均为菱方钙钛矿晶相, Cu的掺入导致晶胞体积和粉体粒径增大。x≤0.10时, 阳极粉体与YSZ在1200℃烧结3 h无第三相生成, 具有良好的化学相容性。LSMCr_0.5-xCu_x 在空气和5%H₂-Ar气氛下的电导率均随x的增加而增大; 在湿润的5%H₂-Ar气氛下的阳极极化面电阻(ASR)均低于未掺杂的LSCM, x =0.05时ASR最低, 900℃时仅有0.38 Ω·cm²。     

LSM溶胶浸渍LSCF-GDC三相复合阴极制备及性能研究

高性能阴极是提高SOFC电池性能的关键因素。为了提高阴极电化学性能和降低阴极极化阻抗, 本实验将Pechini法制备的LSM(La_0.85Sr_0.15MnO₃)溶胶浸渍到LSCF(La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ)-GDC(10GDC)多孔阴极中, 构成LSM-LSCF-GDC三相复合阴极。为了提高浸渍效率, 研究了不同pH下LSM浸渍液的浸渍情况, 研究发现: LSM浸渍液的pH是影响浸渍效果和浸渍量的直接因素。当LSM浸渍液为弱碱性时, 络合物胶体粒子带负电, 而LSCF-GDC的孔洞内壁带大量的负电, 这样使得两者间的主要作用力为排斥力, 有利于LSM胶体粒子进入阴极的孔洞内部。当LSM浸渍液pH为8.0时, 生成的LSM纳米颗粒能较均匀地分布在阴极骨架内壁, 随着浸渍次数的增加, 阴极的极化阻抗先减后增, 浸渍3次的复合阴极具有最低极化阻抗0.16 Ω•cm²(700℃空气中)。在700℃下, 以H₂+3% H₂O为燃料、空气为氧化气体, 浸渍与未浸渍的电池的最大功率密度分别为0.645 W/cm²和0.503 W/cm²。     

La0.5Ba0.5CoO3中的Pr掺杂效应

用固相反应法制备了La0.5-xPrxBa0.5CoO3系列化合物，系统研究了Pr不同含量时材料的磁性和电输运特性，结果表明：Pr掺杂没有改变Co的3d电子的巡游特性。随Pr掺杂量增加，材料的分子磁矩单调下降，其原因是当Pr逐渐取代La时，Co离子的3d电子逐渐由中间自旋态向低自放态转变。随Pr含量增加，材料的居里温度逐渐下降，这是由于稀土离子的尺寸效应，电阻测量表明：在所研究的温度范围内，居里温度以下，所有掺Pr材料的导电机制为热扩散型。居里点以上，导电机制为变程跳跃导电。     

双钙钛矿Sr2CoFeO5+δ阴极材料的制备及其中温固体氧化物燃料电池性能研究(英文)

随着操作温度降低,中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)需要更高催化活性的阴极材料来提升电池性能。为此,本研究采用溶胶-凝胶法合成了双钙钛矿Sr₂CoFeO_5+δ(SCF)阴极材料,并探讨了SCF阴极与摩尔分数20%Sm₂O₃掺杂的CeO₂(SDC)进行不同比例的复合对电极性能的影响,优化了电极的化学膨胀和面积比电阻(ASR),进而提升了SOFC单电池的电化学性能。结果表明,SCF作为SOFC阴极,经950℃退火10 h后与普通电解质具有良好的化学相容性;其中,SCF与SDC按照质量比1:1复合的样品可以将纯SCF样品的平均热膨胀系数(TEC)从2.44×10^-5 K^-1显著降到15.4×10^-5 K^-1。此外,SCF-xSDC(x=20,30,40,50,x为SDC的质量分数)复合阴极的ASR在800℃下分别低至0.036、0.034、0.028和0.092Ω·cm²     

A位Sm掺杂对0.93Na0.5Bi0.5TiO3-0.07BaTiO3陶瓷微结构及电学性能的影响

采用固相反应烧结方法制备了Sm掺杂的[(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07]_1-xSm_xTiO₃(BNBST)无铅介电储能陶瓷, 系统研究了Sm掺杂含量对BNBST陶瓷的相结构、微观结构、铁电、介电、储能和交、直流电导的影响。研究结果表明: 制备的陶瓷样品具有单一的钙钛矿结构, Sm掺杂固溶于(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃基材的晶格A位; 晶粒生长被Sm掺杂抑制, 平均晶粒尺寸在2 μm内, 且均匀致密; Sm掺杂显著降低了剩余极化和矫顽场, 表现出双电滞回线特性, 但饱和极化也略有降低; 储能密度和效率随Sm掺杂量增加先增大后减小, 在x=0.02和电场为70 kV/cm时获得最大储能密度0.70 J/cm³, 其效率为40%; BNBST陶瓷具有明显的弛豫铁电体特征, 其介电常数峰T_m随掺杂量增加而降低且平坦化; BNBST陶瓷的绝缘性有较强的温度依赖性, 300℃以下具有良好的绝缘性。     

退火温度对CoCrCu0.5FeTi0.5Alx高熵合金微观组织与耐腐蚀性能的影响

为了研究不同退火温度对CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x高熵合金性能的影响,通过真空电弧熔炼CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x(x=0、0.4、0.8)高熵合金并使用真空管式炉进行600,800,1 000℃退火实验。使用XRD测试合金的晶体结构,采用SEM观察合金微观组织,利用维氏显微硬度计和电化学工作站测试高熵合金的显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明,退火后的高熵合金出现新的Laves相,合金相主要由FCC、BCC和Laves相混合组成。在CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x(x=0、0.4、0.8)高熵合金中,x=0.4的硬度在600℃退火状态下达到最大值为883.15HV。1 000℃退火下的CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_0.4耐腐蚀性能达到最优,腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为-0.396 V和6.800×1...     

Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)-Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ)中低温固体氧化物燃料电池复相阴极的研究

采用溶胶-凝胶法制备Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)(BSCF)粉体后,使用Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2–δ)(GDC)溶胶包裹BSCF粉的方法制备疏松多孔的BSCF-x GDC(x=30wt%,40wt%,50wt%)复相阴极。通过X射线衍射仪、场发射扫描电镜和透射电镜对复相阴极的物相组成、单电池断面形貌及GDC对BSCF颗粒的包裹形貌进行表征。利用阻抗谱测试研究了复相阴极材料的电化学性能,讨论了掺入GDC量对阴极性能的影响。结果表明:通过GDC溶胶包裹BSCF粉体的制备方法改善了阴极的电化学性能,在同一温度下,BSCF-40GDC阴极的极化电阻最小,在650℃时阴极极化阻抗约为0.397?·cm~2;以BSCF-40GDC为阴极制备的单电池,以H_2+3%H_2O为燃料气、空气为氧化气体,650℃下电池的最大功率密度为0.514 W/cm~2,欧姆电阻为0.257?·cm~2,两极极化电阻为0.0588?·cm2。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ba1-xSrxCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ的制备与性能研究

采用固相法合成Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)阴极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和微观形貌进行了表征。XRD测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ样品经1000℃,烧结10 h后形成了立方钙钛矿结构。从样品的电镜照片看出样品具有均匀的孔隙率,电解质(Ce0.85Sm0.15O1.925)-阴极(Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ)之间的界面结合良好。电化学交流阻抗测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ中掺入Sr可以明显地降低阴极的极化电阻,随着Sr含量的增多,阴极的界面极化电阻(RP)先减少后增大,当Sr的含量x为0.2时Rp值最小。以Ce0.85Sm0.15O1.925(SDC)电解质为支撑体,Ni0.9Cu0.1-SDC为阳极,Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ为阴极的单电池的最大功率密度在600℃时达到155 mW/cm2。实验结果表明Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ材料是一种电化学性能较为优良的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。