利用电解质材料夹层提高SOFCs的阴极性能

利用在SSC-LSGMC5复合电极与LSGMC5电解质片之间加入与电解质相同材料的夹层的方法,提高了电极性能.不同温度下,在LSGMC5电解质片上印刷了厚度为2～5μm的LSGMC5薄膜,在薄膜上印刷了SSC-15%LSGMC5复合电极,并进行了表征.SEM结果表明:当夹层焙烧温度大于1 400℃时,夹层为致密结构,并与电解质完好地结合在一起,夹层与电极的结合程度远优于无夹层的电极|电解质界面.在700℃纯氧条件下,夹层(1 400℃焙烧)的引入,使电极极化电阻由0.38 Ω·cm2减小至0.12 Ω·cm2,1 A/cm2下的极化过电位由0.23 V减小至0.10 V.     

熔盐法和柠檬酸盐法对LSCF烧结活性的影响

分别采用熔盐法和柠檬酸盐法制备了组成为La_(0.6)Sr_(0.3)Co_(0.3)Fe_(0.7)O_(3-δ)的固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极粉体材料,对比了二者的烧结活性,并对粉体粒度分布和表面活性进行了表征。结果发现柠檬酸盐法合成的粉体具有更高的烧结活性。粒度分析实验表明柠檬酸盐法合成粉体的一次颗粒尺寸比熔盐法大约小了一个数量级;吸附性能实验表明柠檬酸盐法合成的粉体具有更强的吸附能力。较小的颗粒尺寸和较高的粉体表面能使得柠檬酸盐法合成的粉体具有更高的烧结活性。     

Sol-gel法合成La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ电解质及其电池性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了中温固体电解质镓酸镧La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)粉体材料.差式扫描量热重分析(DSC-TGA)以及X-射线粉末衍射(XRD)证实经1 250℃热处理3h后,LSGM粉体具有单一ABO3钙钛矿结构;能量散射X射线谱(EDX)检测结果表明粉体没有其他杂质元素;扫描电子显微镜法(SEM)和激光散射粒度分布分析表明平均粒径为0.9μm.采用LSGM作为电解质,阳极为Ni/GDC材料,阴极为LSCM/GDC材料,并用离心法成膜工艺组装成SOFC单电池,测量其输出特性和阻抗谱等性能.SEM表明在阳极支撑体上制备的37 μm厚的LSGM电解质膜高温烧结后与阳极的接触良好.单电池在800℃的最大功率密度为0.89 W/cm2,电化学测试表明电池开路电压高于1.0 V,说明sol-gel法合成的LSGM可以成功地应用于SOFC的电解质.     

改进埋烧法制备La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3电解质及其性能

采用改进埋烧法制备出高致密度和优异中温离子导电性能的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)固体电解质。用X射线衍射、扫描电镜分析样品的物相和表面形貌,采用阿基米德排水法进行试样的密度测试,用交流阻抗技术研究样品的电性能。研究结果表明:在1 400 ℃以上烧结形成单一稳定的钙钛矿结构。随着烧结温度的提高和保温时间的延长,样品致密度增大,导电性能提高,在1 470 ℃烧结18 h的样品均达到最佳值,其相对密度为98%,在800 ℃时电导率达到0.11 S·cm-1。该体系电导率与温度的关系分区符合Arrhenius定律。     

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-Ag复合阴极材料的性能研究

为发展中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的阴极材料,用柠檬酸络合法合成了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)粉体,并在BSCF中加入一定量的金属Ag作为SOFC的阴极材料.X-ray衍射方法研究了复合阴极Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-xAg (BSCF-xAg,x=0％～30％质量分数)系列样品的成相情况,结果表明Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2-O3-δ(BSCF)和Ag二者在烧结过程中没有发生反应.高温电阻测试表明复合阴极材料(BSCF-xAg)比纯BSCF材料具有较高的电导率,BSCF-10％Ag的最大电导率在430℃达到24.3 S/cm,而BSCF的最大电导率在450℃,为19.1 S/cm.同时用交流阻抗法研究了BSCF-xAg复合阴极材料的性能,实验结果表明:Ag的参杂量为20％时,阴极极化电阻最小,在650℃BSCF的极化电阻为0.465 Ω·cm2,而BSCF-20％Ag的电阻仅为0.099 Ω·cm2,约为BSCF的1/5.这标志着参杂Ag的BSCF作为中低温固体氧化物燃料电池的阴极材料是非常具有发展前景的.     

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.     

La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Alx03-δ(x=0～0.05)电解质电导率的研究

用固相合成法制备了La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2AlxO3-δ(x=0～0.05)电解质.利用四电极交流阻抗法和Hebb-Wagner极化法测量了电解质的总电导率和电子电导率.结果表明:电解质的总电导率与氧分压无明显依赖关系,且随着Al2O3含量的增加而减小.在800 ℃下,电解质的自由电子电导率以及电子空穴电导率的氧分压级数分别为-1/4和1/4,符合Hebb-Wagner公式.随着Al2O3含量的增加,电子空穴电导率变化不明显,自由电子电导率减小.     

阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.8Fe0.2O3-δ的晶体结构和性能

使用硝酸盐,氢氧化钠和碳酸钠为沉淀剂,共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(x=0.05、0.10、0.15、0.20)的粉料并研究了粉料的各种性能。结果表明,前驱体800℃煅烧3h形成粉料具有六角晶系钙钛矿结构;Ca2 和Sr2 双掺杂取代La3 进入晶格后,随着Ca2 含量x增加,La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)晶胞a轴方向缩短c轴方向拉长,晶胞体积减小;且1200℃烧结3h后所有样品电导率在降低。温度升高到490℃,掺杂样品的电导率出现最大值,温度继续升高晶格氧逸出导致电导率降低。当x=0.10和0.15时,阴极材料电导率在500～650℃范围内基本相等且高于700S/cm,并与Ce0.8Sm0.2O2热性能的表现一致,且两者阴极材料在650℃时,所组装单电池的输出功率明显大于350mW/cm2。     

LSGMC5的制备方法对SSC-LSGMC5复合阴极性能的影响

制备了Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSCMC5)中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)复合阴极,其中LSGMC5用柠檬酸盐法和固相合成法合成.含有柠檬酸盐法合成的LSGMC5粉末的SSC-LSGMC5电极的氧还原电催化性能明显优于含固相合成法合成的LSGMC5的电极.随着焙烧温度的升高,柠檬酸盐法合成的LSGMC5粉末的颗粒变大,并致密化,导致相应SSC-LSGMC5复合电极与LSGMC5电解质的结合程度减弱以及氧还原电催化性能变差.复合阴极中柠檬酸盐法合成的LSGMC5粉末的最佳焙烧温度约为1000℃.     

Performance of La0.9Sr0.1Ga0.5Ni0.5O3 as a Cathode for a Lanthanum Gallate Fuel Cell

The cathodic overpotential of a La_0.9Sr_0.1Ga_0.5Ni_0.5O₃ (LSGN) electrode on a La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O₃ (LSGM) electrolyte was studied using the current interruption technique. The electrode performance was found to be clearly superior to La_0.85Sr_0.15MnO₃ and comparable to La_0.6Sr_0.4CoO₃ in the temperature range of 700–850°C. The exchange current density is a maximum in air and is smaller in either 100% O₂ or 2% O₂ suggesting that the occupation of surface adsorption sites is important. The overpotential-current density curves suggest that charge transfer is the limiting process for high current densities. An energy dispersive spectrometry line scan did not show any significant interdiffusion of Ni ions across the electrode/electrolyte boundary.     

新型低温SOFC阴极材料LaNi0.8Cu0.2O3

采用碳酸共沉淀法得到了一种新型阴极材料LaNi0.8Cu0.2O3(LNC-82),对其进行了X射线衍射和扫描电镜的表征,并采用复合材料[Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)和碳酸盐(Na2CO3 Li2CO3)]为电解质,分别以NiO和LNC-82为阳极和阴极材料,考察了在低温(400～550℃)下这种钙钛矿型阴极材料的电化学性能。实验结果表明,运用碳酸共沉淀法得到了LNC-82前驱体粉末,经过860℃煅烧2h,得到了粒度均匀的粉末,其粒径约为400～500nm。单体电池在550℃下的最大比功率和短路电流分别为390.6mW/cm2和1140.6mA/cm2。     

球形LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的制备及其电化学性能

采用共沉淀-喷雾干燥法制备了锂离子电池球形Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2正极材料,通过热重分析法(TG)、X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和电化学测试对材料的晶体结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明材料具有良好的层状结构,球形颗粒粒径约10μm;在30℃下,2.5~4.3 V循环,以20 m A/g放电,首次比容量达186.3 m Ah/g,循环50次后容量保持率为84.1%。     

Synthesis of pure powder of La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.825 by microwave-induced solution combustion method

Solid oxide fuel cell(SOFC)has recently captured great con-cern for its characteristics such as environment-friendly,high effi-ciency,good fuel adaptability andlownoise·Sr and Mg doped La-GaO3(LSGM)as electrolytesin SOFCexhibits higher oxygenionicconduct…     

正极材料LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2包覆LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的性能

以NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O、NH3·H2O及NaOH为原料,采用共沉淀方法在LiNi0.8 C00.15 Al0.05 (OH)2球形粒子表面包覆一层Ni1/3 Co1/3Mn1/3(OH)2三元材料前驱体,配锂后在750℃下、氧气气氛中焙烧12 h,合成复合层状材料Li[(Ni0.8 Co0.15Al0.05)0.97(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.03]O2.复合层状材料具有核壳结构,包覆壳层的厚度约为1μm.复合层状材料在2.8～4.3 V充放电,0.1C首次放电比容量为188.2 mAh/g;0.2 C循环100次的容量保持率为96.2％;在55℃下以0.2C循环100次,放电比容量保持在163.2 mAh/g.     

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.