不同还原条件下制备的固体氧化物燃料电池支撑阳极Ni-YSZ的性能

研究了不同还原条件下制备的固体氧化物燃料电池Ni-YSZ支撑阳极的性能变化规律。结果表明:600℃以下还原时,阳极的微观结构较差,Ni颗粒较易团聚,对应的抗弯强度在恒温和升温还原时分别为4.32和14.31 MPa;600℃及以上还原时,阳极的微观结构均匀一致,Ni颗粒分布均匀,对应的抗弯强度在恒温和升温还原时分别高达14.92和56.63 MPa。恒温和升温还原时,支撑阳极的孔隙率随着还原温度的升高均先增大后减小,其中恒温还原在700℃达到最大,升温还原在400℃达到最大。从支撑阳极综合特性判断,无论恒温还原还是升温还原,Ni O-YSZ阳极支撑电池的最佳还原温度以不低于600℃为佳。     

中空对称双阴极结构电池的高温抗氧化还原特性

研究了中空对称双阴极结构电池在燃料突然停止供应情况下的电化学行为及电池微观结构变化。结果表明:该结构电池在燃料气体停止供应后,阳极侧Ni被氧化0.44%(占支撑体总比例)时开路电压才开始下降,证实其抗氧化还原能力是传统超薄阳极支撑平板结构电池1.3～2.7倍,阳极结构中局部裂纹增多和严重团聚现象是造成电池结构破坏的主要原因。     

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。     

碳纤维强度的Weibull分析

碳纤维属于脆性材料。抗拉强度随着测试样品长度的增加而降低,这是缺陷控制强度的主要实验依据,对于同样长度的测试样品,强度值的分散性非常大,这表明缺陷在碳纤维表面和内部是随机分布。碳纤维经气相氧化后,抗拉强度可得到提高,这归因于表面裂纹的消除,或因氧化刻蚀而使裂纹尖端钝化。碳纤维强度的统计性质可用Weibull统计理论来分析。Weibull模数m可作为裂纹频率分布因子。     

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。     

阳极炭块裂纹问题的探讨

分析阳极裂纹的形态外貌和引起阳极裂纹的应力原因归类,指出除固体材料应力变化、内部缺陷外,生块与焙烧裂纹多与半塑性态下物相转变引起的应力有关。研究并指出了一系列工艺因素对阳极裂纹的影响。     

水热法制备纳米NiO粉体及其应用研究

以Ni(NO3)2·6H2O、CO(NH2)2和乙二醇为原料,采用水热法制备纳米Ni O粉体,并将其应用于固体氧化物燃料电池阳极中,采用XRD、激光粒度仪、TEM和电化学工作站分别对粉体的物相、粒度分布、形貌和单电池的电性能进行了表征。研究结果表明,利用水热法制备了纯度高、分散性好的纳米Ni O粉体。将其用于固体氧化物燃料电池的阳极中,该单电池以氢气为燃料,空气为氧化气,在750℃的最大功率密度0.66W/cm2。     

多壁碳纳米管对太阳能电池光阳极微裂纹的优化和性能的影响

在量子点敏化太阳能电池(QDSCs)中,多孔二氧化钛(TiO2)光阳极薄膜在烧结过程中会产生很多微小裂纹,影响电子传输,导致太阳能电池性能下降。利用多壁碳纳米管(MWCNTs)独特的管状结构和良好的导电性能来优化TiO2光阳极薄膜内部的微裂纹,探究了不同质量分数(0%、0.01%、0.05%、0.10%、0.50%)的MWCNTs对量子点敏化太阳能电池MWCNTs/TiO2复合光阳极性能的影响。对光阳极进行物相及微观形貌分析表明:加入适量的MWCNTs可以与TiO2纳米颗粒均匀混合,并且MWCNTs贯穿了光阳极薄膜表面的微裂纹。但是过多的MWCNTs会聚集成团,引入大量缺陷。采用连续离子层沉积法在以上的光阳极表面沉积硫化镉(Cd S)量子点和硫化锌(ZnS)量子点阻隔层,以硫化铜(Cu S)为对电极,多硫电解液为电解质组装电池试样,测量其伏安特性(J-V)曲线。结果表明:添加0.05%MWCNTs的TiO2光阳极电池的光电性能最优,其开路电压和短路电流密度分别可达0.65 V和11.51 mA/cm2,与未添加MWCNTs的光阳极电池相比,分别提高了16.1%和58.3%,其光电转化效...     

YSZ修饰的花瓣状氧化镍粉体的制备及其电性能表征

采用均匀沉淀法制备了花瓣状NiO粉体,对该花瓣状NiO进行YSZ(Y2O3稳定的ZrO2)修饰,以提高花瓣状NiO粉体的耐高温性,进而构建纳微结构的阳极。采用离子浸渍法制备了YSZ修饰的花瓣状NiO粉体(NiO-YSZ粉体),通过热重--差热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜等分析手段对该粉体的热性能、物相、微观形貌、晶粒大小等进行了表征。分别采用商业NiO(颗粒状)粉体和自制花瓣状NiO-YSZ粉体制备了电解质支撑型单电池的阳极,该单电池的组成为NiO+8YSZ‖8YSZ‖LSM+8YSZ,并测试了其电化学性能。结果表明:采用花瓣状NiO-YSZ粉体制备的阳极单电池在操作温度为在750、800和850℃下最大功率密度分别为0.094、0.151和0.376W/cm2,且相对应的电极极化阻抗分别为2.496、1.589和0.814Ω·cm2;而采用商业NiO制备的阳极的单电池在操作温度为在750、800和850℃下的最大功率密度分别为0.024、0.072和0.149W/cm2,且相对应的电极极化阻抗分别为4.265、2.306和1.688Ω·cm2。     

沉淀法制备草酸镍对SOFC阳极电性能的影响

以Ni(NO3)2·6H2O为主要原料,氨水为沉淀剂,采用沉淀法制备草酸镍.以草酸镍作为SOFC阳极材料.通过XRD、DTA-TG、SEM和电化学工作站等测试手段分别对粉体物相、热综合分析及电池的结构与电性能进行了表征.研究结果表明,利用沉淀法制备的粉体为单斜晶系的Ni2C2O4·2H2O,以NiC2O4· 2H2O作为阳极材料,具有很高的催化活性,使得单电池在H2燃料气下750℃的开路电压为1.05V,最高功率密度为1.32W/cm2.     

高模玻纤单向织物在风电叶片主梁帽中的应用对比

对四种高模玻纤分别进行了浸胶纱的拉伸性能、层合板的单层厚度及0°拉伸性能的研究,并对四种高模玻纤对工字梁刚度的影响进行了模型分析。四种高模玻纤具有相近的原纱拉伸模量,层合板在等纤维体积含量下具有相近的0°拉伸模量,但是在真空导入成型工艺中,由于单层厚度的差异导致纤维体积分数不同,从而具有不同的0°拉伸模量。在应用于同样铺层的工字梁时,单层厚度为0.78mm的高模玻纤层合板对应的工字梁刚度比单层厚度为0.83mm的高模玻纤层合板增加约6%。     

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。     

直通孔陶瓷在固体氧化物燃料电池中的应用EI北大核心CSCD

采用海藻酸钠自组装法制备了具有定向直通孔道的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)支撑体,向多孔支撑体内部浸渍Ni纳米粒子得到固体氧化物燃料电池的阳极。结果表明:YSZ支撑体的孔径随固相含量的增大而减小,同时也随着CaCl2溶液浓度的增大而减小。使用氢气为燃料、空气为氧化剂,Ni–YSZ/YSZ/LSM–SDC电池在650℃的开路电压在1 V以上,800℃时的最大功率密度为225 m W/cm2。通过调节阳极的孔隙率及电解质厚度有望大幅度提高电池的输出性能,实现直通孔陶瓷在固体氧化物燃料电池上的应用。     

直接甲醇液流燃料电池的二维两相模型

直接甲醇燃料电池(DMFC)的阴极水淹、甲醇渗透及贵金属催化剂的成本问题是DMFC商业化的主要障碍。直接甲醇液流燃料电池(DMRFC)使用Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原电对取代DMFC阴极,克服了阴极的水淹、甲醇渗透和电池成本等问题。使用Comsol Multiphysics4.2a模拟软件,建立了一个DMRFC二维两相模型来预测电池性能,模拟结果显示增加阳极催化层厚度、减少阳极扩散层厚度和提高Fe³⁺浓度有利于提高电池的性能,但当阳极催化层厚度和甲醇浓度分别大于5×10^-5 m和1.41 mol/L时,电池性能并不能显著提高。     

阳极Ni–YSZ添加CeO2对固体氧化物燃料电池性能的影响

采用直接加入CeO2粉和通过Ce（NO3）3溶液包裹NiO粉2种方式对阳极Ni–氧化钇稳定型氧化锆（yttria stabilized zirconia,YSZ）进行修饰,分别研究其对固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）性能的影响,并与不添加CeO2的电池进行对比研究。以氢气为燃料气、在750℃对单电池进行电性能测试,采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和能谱仪对阳极的物相组成和断面形貌进行表征,通过透射电镜观察CeO2对NiO颗粒的包裹形貌。结果表明：通过Ce（NO3）3包裹NiO粉的方法所制备的电池,最大功率密度为0.938W/cm2。其添加的CeO2能有效地阻止Ni颗粒烧结,增强Ni在YSZ网络结构表面的分散,提高电池性能。     

Ni-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)阳极孔隙对中温固体氧化物燃料电池性能的影响(英文)

通过将40、400nm石墨与NiO-GDC水浴搅拌混合,将400nm石墨与NiO-GDC机械研磨混合制备得到3种阳极孔隙大小及分布不同的NiO-GDC复合阳极片及单电池片.阳极片扫描电子显微镜测试结果表明:在40、400nm石墨与NiO-GDC水浴搅拌混合得到的阳极片中孔隙分布均匀,但前者孔径较小,后者孔径相对较大.而400nm石墨与NiO-GDC机械研磨混合得到的阳极片中可明显观察到尺度达到几十微米的不均匀分布的大孔.阳极电导率及单电池电化学性能测试结果表明:阳极孔隙越小,分布越均匀,则电导率和单电池的电化学性能越好.40nm石墨与NiO-GDC水浴搅拌混合得到的阳极片还原后的电导率最高,其单电池的电化学性能最好,其在600,650和700℃时的最大功率密度分别为0.173,0.310,0.445W·cm-2.     

Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9阳极孔隙对中温固体氧化物燃料电池性能的影响（英文）

通过将40、400nm石墨与NiO-GDC水浴搅拌混合,将400nm石墨与NiO-GDC机械研磨混合制备得到3种阳极孔隙大小及分布不同的NiO-GDC复合阳极片及单电池片.阳极片扫描电子显微镜测试结果表明:在40、400nm石墨与NiO-GDC水浴搅拌混合得到的阳极片中孔隙分布均匀,但前者孔径较小,后者孔径相对较大.而400nm石墨与NiO-GDC机械研磨混合得到的阳极片中可明显观察到尺度达到几十微米的不均匀分布的大孔.阳极电导率及单电池电化学性能测试结果表明:阳极孔隙越小,分布越均匀,则电导率和单电池的电化学性能越好.40nm石墨与NiO-GDC水浴搅拌混合得到的阳极片还原后的电导率最高,其单电池的电化学性能最好,其在600,650和700℃时的最大功率密度分别为0.173,0.310,0.445W·cm-2.     

新型镍锡铝水滑石的合成及还原性能

通过改变Ni/Sn和(Ni十Sny)/Al的摩尔比,采用共沉淀法成功合成了新型NiSnAl水滑石0ayered double hydroxides,LDHs).当n(Ni)/n(Sn)≥16和n[(Ni+Sn)]/n(Al)=2～5时可制备纯水滑石相材料.当n(Ni)n/(Sn)≤12时,合成样品中除存在水滑石相外,还伴随有SnO杂相.合成的Ni20SnAl7-LDHs样品形貌呈六边形,其尺寸约为80 nm,并且分散性良好.热重-差热分析显示:在Ni3Al-LDHs基础上添加Sn,其热稳定性变差:随着n[(Ni+Sn)]/n(Al)增大,水滑石层板羟基及层间碳酸根的热分解温度降低.H2程序升温还原分析表明:样品还原过程包含2个阶段,低温还原峰对应于Ni/Sn从水滑石层板中直接还原,高温还原峰则为Ni/Sn从氧化物NiSnAl(O)中还原.并且Sn含量越高,Al含量越低,NiSnAl-LDHs样品越容易被还原.     

阳极功能层对SOFC单电池电性能的影响

采用水系流延(含双层水系流延)技术流延电解质/阳极(阳极功能层),叠压共烧技术制备大规格阳极支撑型半电池,利用丝网印刷技术印刷LSM-YSZ阴极,经烧成后获得单电池,对比研究了阳极功能层对SOFC单电池电性能的影响。采用SEM、电子负载及电化学工作站对单电池结构和电性能进行了表征。研究结果表明,阴极、电解质、阳极功能层和阳极支撑层之间结合紧密,阳极功能层的结构均匀,平均孔径为1.12μm。在单电池中增加阳极功能层,单电池以H_2+3%水蒸气为燃料气,空气为氧化气在750℃的最大功率密度由0.21W/cm~2变为0.31W/cm~2,极化阻抗由0.98Ω·cm~2降至0.69Ω·cm~2,单电池放电100h后衰减率由6.94%降至2.63%,衰减率降低了62.1%。     

固体氧化物燃料NiO–YSZ/YSZ半电池的冲击力学性能

应用Hopkinson压杆装置,研究了阳极支撑固体氧化物燃料电池片(SOFC)半电池NiO–YSZ/YSZ的冲击力学性能,得到了半电池薄片在不同应变率下的应力–应变曲线,分析了半电池中的应力波传播特性及其应变率效应。结果表明:半电池薄片在冲击载荷下,弹性变形范围很小,塑性屈服极限强度较小,且对应的应变值也较小。在半电池样品的极限强度范围内,随着应变的增大,半电池样品薄片的动态应力–应变曲线的切线模量减小,属于递减硬化材料;半电池中的应力波传播速率减小。随着应变率的增加,半电池薄片的极限强度增大,应变率效应明显。另外,随着波阻抗比的增大,半电池薄片中应力–应变"均匀化"分布的透射–反射次数随之减小。