中温氧化物燃料电池电解质材料制备和性能研究

中温固体氧化物燃料电池（SOFCs）的工作温度应低于800℃。本文重点对ZrO2基、CeO2基、Bi2O3基和ABO3型电解质材料的最新进展和发展趋势作了综述。以8%氧化钇稳定氧化锆（8YSZ）作为电解质的SOFCs,工作温度在1000℃左右。经较低价的碱土和稀土离子（Sr2＋,Ca2＋,Sc3＋和Y3＋）掺杂稳定ZrO2,在800℃,氧化钪掺杂氧化锆（Zr0.9Sc0.1O1.95,scandia doped zirconia,SSZ）的电导率（0.1S/cm）比Zr0.9Y0.1O1.95（10YSZ）的（0.03S/cm）高得多。薄膜化是改进氧化锆基电解质的电导性能的另一个途径。厚度小于10μm的YSZ基SOFCs,在800℃时功率密度最大可达2W/cm2。研究新的稳定的双掺杂电解质材料将会是CeO2基材料研究的重点。Y2O3和Sm2O3共掺杂（Y0.1Sm0.1Ce0.8O1.9,YSCO）在800℃时电导率可达到0.0549S/cm,电导活化能为0.77eV。Sr和Mg共掺杂LaGaO3（LSGM）阳离子导体已成为中低温SOFCs的重要候选电解质材料。钙钛矿型氧化物是除了Bi2O3以外氧离子电导率最高的陶瓷材料。寻求新的、优良的中温SOFCs电解质材料仍是目前推动中温SOFCs实用化的关键因素之一,薄膜化技术是研究的另一个重点。     

电解质掺杂Na2SO4对固体氧化物燃料电池性能的影响

以不同含量的Na2SO4掺杂YSZ（Y2O3稳定的ZrO2,Y2O3的摩尔分数为8％）为复合电解质,Co3O4为阳极催化剂,La0.7Sr0.3MnO3为阴极催化剂,组装固体氧化物燃料电池,以二氧化硫气体为燃料气,测试复合电解质材料电池的电化学性能.结果表明：以质量分数为25％的Na2SO4＋YSZ为复合电解质的电池在700℃时,获得最大开路电压372mV,功率密度7.87mW·cm-2.以不同含量的Na2SO4掺杂YSZ作为复合电解质时,电池的电流密度和功率密度的高低顺序均为：质量分数25％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数16％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数8％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数50％的Na2SO4＋YSZ＞YSZ.     

阳极支撑中温固体氧化物燃料电池的数值模拟

该文针对阳极支撑中温固体氧化物燃料电池建立了三维数学模型,以氢气作为燃料、空气为氧化剂,模拟了单电池内的组分扩散、气体流动、热量扩散、电荷运输等主要物理化学过程。将自己制备的电池各组元材料性能代入模型中进行了计算。计算出阴阳极催化层与扩散层交界面的O2、H2和H2O浓度的分布;扩散层中间和气体通道的燃料气与氧化剂气体速度矢量分布;各流场的压力分布及电极催化层的电流密度分布等电池特性。为阳极支撑中温固体氧化物燃料电池的设计和优化提供了充分合理的参考依据。     

不同电解质碳燃料电池性能研究

直接碳燃料电池(DCFC)是一种高效、清洁的燃料电池技术,效率可达80%。组装了DCFC单体电池,工作温度为500~700℃,采用熔融氢氧化物和混合熔融碳酸盐作电解质,石墨作阳极,不锈钢作阴极。对不同的工作温度、电解质、氧气流量下DCFC的输出性能进行了研究。结果表明,随着工作温度的升高,电池输出性能有很大的提高,同温度下,熔融氢氧化物比熔融碳酸盐的导电性好,电池性能更好,采用氢氧化钠为电解质,氧气流量为70mL/min,温度650℃时,电池电流密度、功率密度分别可达118 mA/cm2和0.054 W/cm2,开路电压达到0.76 V。     

Fe掺杂LSCCF对中低温固体氧化物燃料电池ITSOFC短期输出性能的影响

柠檬酸盐法制备La0.7Sr0.15Ca0.15Co1-xFexO3-δ(x=0.2、0.4、0.6、0.8)阴极材料。该前驱体在900℃处理2h后,XRD证实已经形成完整的钙钛矿结构衍射峰。随Fe掺杂量增加,XRD谱图衍射峰的位置向小角度发生偏移,粉体的晶粒尺寸逐渐变大。SEM观察La0.7Sr0.15Ca0.15Co1-xFexO3-δ粉体其表面活性较高并出现了一定的团聚现象,颗粒尺寸约为5μm。以La0.7Sr0.15Ca0.15Co1-xFexO3-δ为阴极,在氢气/空气中研究了模压法制备的单电池性能,Fe掺杂量对开路电压的高低不起决定性作用,而最高功率密度随Fe掺杂量增加而降低,在650℃最高功率密度由x=0.2时的351.7mW/cm2降为x=0.8时的231.1mW/cm2。     

固体氧化物燃料电池

本文介绍了固体氧化物燃料电池的发电原理 ,分别对其组成材料进行了详细的介绍 ,并给出了目前流行的电解质材料、阳极材料和阴极材料。     

CeO2基固体氧化物燃料电池电解质研究

固体氧化物燃料电池（SOFCS）被誉为21世纪最具有发展潜力的能源技术之一.由于用稀土或碱土金属氧化物掺杂的CeO2在较低的温度下具有较高的氧离子电导率,是用作中低温固体氧化物燃料电池较理想的电解质材料.本文综述了近年来以掺杂的CeO2作电解质的SOFCS性能的研究情况,总结了提高、改善CeO2基固体电解质电性能的几种方法,并对今后的研究提出了自己的看法.     

固体氧化物燃料电池电解质GDC掺杂Li2 CO3,SrCO3材料的结构和导电性能研究

通过向电解质(GDC)中掺杂不同质量分数(10%、20%、30%)的碳酸盐(Li_2CO_3 53mol%、SrCO_3 47mol%),得到复合电解质.通过电导率测试、扫描电镜(SEM)测试对此复合电解质进行电化学性能表征.将此复合电解质与NiO复合得到阳极粉体,将此复合电解质和Li处理过的NiO复合,得到阴极粉体.将制备的阳极、阴极、电解质用干压法压制,得到阳极支撑的单电池片.对单电池的电化学性能进行表征.实验结果表明,含碳酸盐质量分数为20%的GDC作为电解质制备的单电池功率密度最高,在650℃温度下,为100 mW·cm~(-2).     

固体氧化物燃料电池电解质GDC掺杂Li2CO3,Na2CO3材料的 结构和导电性能研究

通过向电解质(GDC)中掺杂不同质量分数(10%、20%、30%)的碳酸盐(Li_2CO_3 53 mol%与NaCO_3 47 mol%)得到复合电解质.通过电导率测试、扫描电镜(SEM)测试对此复合电解质进行电化学性能表征.合电解质与NiO复合得到阳极粉体,复合电解质和Li处理过的NiO复合,得到阴极粉体.将以上制备的阳极、阴极、电解质用干压法压制,得到阳极支撑的单电池片.测试单电池的电化学性能.结果表明,含碳酸盐质量分数为30%的GDC作为电解质制备的单电池,其功率密度最高,在600℃温度下为1 400 mW/cm~2.     

固体氧化物燃料电池的气体检测特性

以变压器油中溶解的H2,CO,CH4,C2H6,C2H4和C2H2故障气体为例,通过化学热力学理论计算了固体氧化物燃料电池(SOFC)的理想输出电压,证明了SOFC对多种故障气体的可检测性.分析温度和压强对SOFC输出电压的影响,结果表明:SOFC的工作稳定性取决于高精度的温度控制系统.利用电化学动力学理论建立气体物质的量与输出电压之间的关系,通过计算发现气体物质的量与输出电压包络之间存在线性关系,从理论上证明了SOFC对故障气体的线性检测特性.设计了基于SOFC和色谱柱的实验平台,实验结果验证了SOFC检测器具有良好的重复性和线性检测特性,基线稳定,C2H2最小检测体积分数为0.08 μL/L,并可同时检测多组份可燃气体.     

日开发出高效固体燃料电池

日本三菱材料公司最近宣布,该公司与其他研究机构的科学家合作开发出低温固体氧化物燃料电池,能量转换效率达50％左右．     

固体氧化物燃料电池及其并网发电研究

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）是一种在中高温下直接将燃料中的化学能转化成电能的新型发电装置。对SOFC及其并网发电系统的动态数学模型进行研究,将SOFC与Buck-Boost变换器连接获得稳定的直流输出电压,然后再通过采用SPWM恒功率控制的三相逆变器并网发电。基于PSCAD...     

钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展

钙钛矿型化合物以其良好的抗积碳能力和对烃类化合物良好的催化活性而成为固体氧化物燃料电池(SOFCs)最具发展潜力的阳极材料。本文综述了钙钛矿型A位掺杂、B位掺杂、A、B位掺杂及双钙钛矿型材料的研究现状,并指出各种系列材料的不足及未来发展的方向。     

中温SOFC复合阴极材料BSCN0.6-30%GDC的表征

通过固相反应法制备了钙钛矿氧化物Ba0.6Sr0.4Co0.9Nb0.1O3-δ(简称BSCN0.6),采用XRD对BSCN0.6与Gd0.1Ce0.9O1.95(简称GDC)电解质间的高温化学相容性进行表征。结果表明,BSCN0.6与GDC高温煅烧后存在微弱的固溶反应,但并未对阴极性能造成不利影响。将BSCN0.6与质量分数为30%的GDC复合(简称BSCN0.6-30%GDC)后作SOFC阴极,采用四电极法测电导、热膨胀测试等手段对复合阴极进行表征。结果表明,BSCN0.6与GDC复合降低了材料的电导率,同时也降低了材料的热膨胀系数,提高了阴极与GDC电解质间的热匹配性。以BSCN0.6-30%GDC复合材料作电极,700~800℃时对称电池BSCN0.6-30%GDC//GDC的极化阻抗为0.047~0.012Ω·cm2。因此,BSCN0.6-30%GDC复合材料有望作IT-SOFC的低极化阻抗的阴极材料。     

玻璃和微晶玻璃在固体氧化物燃料电池中的研究进展

描述玻璃和微晶玻璃作为固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)密封材料的使用要求.尝试基于SOFC所用的玻璃和微晶玻璃进行分类,介绍基于不同体系的SOFC用密封玻璃(硅酸盐密封、硼硅酸密封、铝硅酸盐密封和硼铝硅酸盐密封),并对玻璃和微晶玻璃在SOFC中的发展趋势进行展望.     

固体氧化物燃料电池阳极基底预烧温度的研究

采用固相反应法制备阳极支撑型固体氧化物燃料电池的阳极基底。由于制备温度不同,导致阳极基底在与电解质共烧结过程中收缩率不同,电池出现形变。为了消除这种形变,本文改变阳极基底的烧结温度,使阳极的收缩率与电解质的收缩率相匹配,得到了阳极的最佳预烧温度。     

固体氧化物燃料电池金属连接体研究中若干问题的探讨

以含Mn的固体氧化物燃料电池（SOFC）金属连接体Fe-Cr-Mn合金为研究对象,探讨了目前在研究过程中面比电阻理论,面比电阻实验测试和合金表面氧化物XRD谱分析中存在的几个问题．导出了正确的面比电阻公式,对氧化合金表面生成的氧化物相结构进行了深入探讨．     

基于质子导体固体氧化物燃料电池制备乙烯的电化学模型研究

本文建立了质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)的电化学模型,分析电能与乙烯共产的H-SOFCs的电化学性能、法拉第效率和能量效率。模拟结果表明：基于H-SOFCs制备乙烯需要向外界吸收热量,升高温度有利于提高乙烷的转化率和降低电池的极化损失;在所模拟的H-SOFCs中,欧姆过电势和活化过电势占主导地位,而浓差过电势几乎可忽略不计;由于质子导体电解质存在不可忽略的电子电导,造成电池内部短路,形成泄漏电流,泄漏电流密度随着输出电压的升高而增大,导致法拉第效率和能量效率下降。