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     

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。     

DIRECT ELECTROCHEMICAL POWER GENERATION FROM CARBON IN FUEL CELLS WITH MOLTEN HYDROXIDE ELECTROLYTE

Historically, despite its compelling cost and performance advantages, the use of a molten metal hydroxide electrolyte has been ignored by direct carbon fuel cell (DCFC) researchers, primarily due to the potential for formation of carbonate salt in the cell. This article describes the electrochemistry of a patented medium-temperature DCFC based on a molten hydroxide electrolyte, which overcomes the historical carbonate formation.

An important technique discovered for significantly reducing carbonate formation in the DCFC is to ensure a high water content of the electrolyte. To date, four successive generations of DCFC prototypes have been built and tested to demonstrate the technology – all using graphite rods as their fuel source. These cells all used a simple design in which the cell containers served as the air cathodes and successfully demonstrated the ability to deliver more than 40 A with the current density exceeding 250 mA/cm². Conversion efficiency greater than 60% was achieved.     

DIRECT ELECTROCHEMICAL POWER GENERATION FROM CARBON IN FUEL CELLS WITH MOLTEN HYDROXIDE ELECTROLYTE

Historically, despite its compelling cost and performance advantages, the use of a molten metal hydroxide electrolyte has been ignored by direct carbon fuel cell (DCFC) researchers, primarily due to the potential for formation of carbonate salt in the cell. This article describes the electrochemistry of a patented medium-temperature DCFC based on a molten hydroxide electrolyte, which overcomes the historical carbonate formation.

An important technique discovered for significantly reducing carbonate formation in the DCFC is to ensure a high water content of the electrolyte. To date, four successive generations of DCFC prototypes have been built and tested to demonstrate the technology - all using graphite rods as their fuel source. These cells all used a simple design in which the cell containers served as the air cathodes and successfully demonstrated the ability to deliver more than 40 A with the current density exceeding 250 mA/cm². Conversion efficiency greater than 60% was achieved.     

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.     

阳极孔隙率对固体氧化物燃料电池性能影响的数值分析

基于商用计算流体动力学软件及开发的燃料电池多孔介质内多组分流动和扩散、传热传质、电化学反应、电流场等复杂的物理过程的计算程序,对采用不同孔隙率阳极的平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池(planar-electrode-support solid oxide fuel cell,PES-SOFC)的性能进行数值计算,得到不同阳极孔隙率下单电池内部各气体组分浓度、温度、电势、电流、电流密度等参数的分布。由计算结果可知,在阳极孔隙率为0.3～0.4之间时,以氢气为燃料的该类型SOFC单电池表现出较好的气体扩散和电流传导特性,相应输出电压也较高。     

固体氧化物电解质燃料电池阴极研究的新进展

阴极（空气电极）是固体氧化物电解质燃料电池的关键部件之一.本文总结了近年来关于固体氧化物电解质燃料电池阴极的研究状况，包括材料的选择和制备、电极的制备和电化学性质的研究，提出了今后的研究重点．     

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。     

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     

Ni-CGO阳极支撑ScSZ/CGO复合电解质电池的制备及性能

用柠檬酸溶胶-凝胶法合成了Ce0.85Gd0.15O2-δ(CGO),用共沉淀法合成了掺摩尔分数为11%Sc2O3稳定的ZrO2(scandium oxide-stabilized zirconia,ScSZ)电解质材料.通过X射线衍射和透射电镜对电解质材料的物相、形貌和成分进行表征.结果表明:CGO和ScSZ在各自的煅烧温度下均形成了单-的立方萤石结构晶态;ScSZ颗粒的粒径约为20nm.用共压法分别制备了以NiO-CGO阳极支撑的CGO单层电解质和ScSZ/CGO复合电解质的基体,并在基体上涂覆阴极制作单电池.在650～800℃范围内测试单电池的电性能.结果表明:ScSZ/CGO双层电解质电池的开路电压和最大功率密度均高于单层CGO电解质电池;在800℃电流密度和功率密度达到最大值,分别为677.5 mA/cm2和197.3 mW/cm2.说明SeSZ/CGO双层电解质有效地提高了电池的性能.     

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。     

制氟用炭阳极石墨化度的确定及其检测标准

采用正交偏光加石膏检板的显微镜光学干涉分析法测定制氟阳极误混入的石墨碎（粉）含量。结果表明：试样的可检测面积为１５～２０ｃｍ＾２,≤０．１５ｍｍ石墨碎颗粒控制在１０处以内,〈０．４ｍｍ石墨碎颗粒控制在５处以内。     

炭阳极生坯冷却的数学模型建立

通过数学模型描述炭阳极生坯冷却过程，研究炭阳极冷却温度与冷却时间、冷却水温及成型温度间的关系。计算表明，冷却温度主要受冷却时间影响，同时冷却水温和成型温度对其也有一定影响，制品堆垛时温度应小于沥青软化点温度。     

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.     

阳极负载型H2S中温固体氧化物燃料电池电输出性能

以NiO-(CeO2)1-2x(Sm2O3)x固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的阳极负载,采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法制备(CeO2)0.8(Sm2O3)0.1固体电解质前驱体粉末并流延成膜.在中温(650～850℃),分别测定了H2S-Air SOFC的电输出性能随H2S流速r(H2S)、运行温度的变化情况.实验结果表明:SOFC的开路电压随r(H2S)的增大而呈指数关系增大.电流密度-电压(电功率密度)曲线显示:SOFC电输出性能随r(H2S)的增大而改善;但当r(H2S)=80mL/min时,在高电流密度区间输出电压出现明显的下降,这是由于流速增大产生的浓差极化和阳极Ni受H2S腐蚀导致的结果.温度对极化曲线影响表明,SOFC电输出性能随温度的升高而改善,但基于(CeO2)0.8(Sm2O3)0.1离子-电子混合导电等原因,单体电池开路电压受温度影响比较复杂.     

大型预焙铝电解槽与炭阳极

铝电解槽大型化对炭阳极的质量提出了新的要求。大型槽运行的实践证明，炭阳极的质量不仅直接影响着铝电解槽的运行状况及其技术经济指标，而且长期使用低质量炭阳极将会导致铝电解槽物料过耗、炭渣过多、槽子过热、槽帮过空，进而引发病槽，缩短铝电解槽的寿命。因此说，阳极质量是大型预焙槽的正常运行的关键因素之一。本文就大型预焙槽的特点、阳极过耗与质量、炭渣的生成与影响、粘结剂的特性等几个方面，从铝电解及铝用炭素生产工艺的角度论述了我国炭阳极的质量现状、主要问题及改进途径。     

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.     

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。     

交流变频技术在炭阳极生产中的节能应用

节能降耗是企业的一项重要管理工作，本文主要对企业生产中大量使用的交流异步电动机和电光源的节能改造作了介绍，并对节能效果作了分析，旨在进一步提高节能意识，其中原理亦适用于其他生产制造行业。     

中国铝用炭阳极市场供需状况的回顾与展望

分析了中国炼铝技术的进展与阳极炭块(铝用炭阳极)市场的发展与演变，计算了铝厂建设和铝生产对炭阳极的需求；根据中国阳极炭块的产量情况，指出市场竞争刺激优质阳极生产；预测未来中国铝生产和阳极炭块市场发展；对阳极生产发展中的一些问题提出思考意见。