固体氧化物燃料电池性能衰减的材料因素概述

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)作为新一代的能量转换装置,可将燃料的化学能直接转化为电能,同时,还能提供大量高品质热能,具有清洁高效的特点.然而,SOFC制造成本高、寿命短等问题是制约商业化进程的关键所在.运行寿命的增加也是降低成本的方法之一,而电极烧结、电极材料中毒、电池组件...     

氨燃料固体氧化物燃料电池性能研究进展与展望

氨是一种零碳燃料,也是富氢载体,具有较大储运优势。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)是一种清洁高效发电装置,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景,氨气可直接用作SOFC阳极燃料以实现高效、清洁、低成本发电。首先简介了质子传导型和氧离子传导型氨SOFC的工作原理,电解质、电极材料的选择以及氨气在阳极的分解过程。其次总结了氨SOFC的实验研究现状,以单电池最大功率密度为评价指标,综述了不同电解质/电极材料、电解质厚度、操作温度等因素下两种传导类型的氨SOFC的性能表现,并分析了造成电池性能差异的原因。之后介绍了氨SOFC当前面临的挑战,最后对氨SOFC未来研究方向、热电联供系统的应用进行了展望。     

金属陶瓷阳极材料的高效固体氧化物燃料电池研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)利用金属陶瓷作阳极材料,具有能量转换效率高、燃料适用性强和无腐蚀等优点,是当今一种先进的能量转换装置。本文分析了固体氧化物燃料电池在电解质和电极材料方面的性能和特点,研究了金属陶瓷阳极材料及SOFC单电池的伏安特性和性能,探讨了固体氧化物燃料电池的应用和发展前景。     

以二甲醚为燃料的管式固体氧化物燃料电池性能

研究二甲醚燃料在固体氧化物燃料电池中的发电性能,以浇铸成型方法制备管式固体氧化物燃料电池,并组装单管电池,评估固体氧化物燃料电池的放电性能及发电稳定性,并对比氢气燃料、二甲醚燃料、二甲醚水蒸气混合物燃料的性能。研究表明,使用二甲醚燃料的固体氧化物燃料电池比使用氢气燃料的性能略低,稳定性也有所下降,通过在燃料中添加水蒸气可以有效提高固体氧化物燃料电池的运行稳定性。     

固体氧化物燃料电池CuCoNi/SDC阳极微结构与电性能的研究

本论文采用溶胶-凝胶低温燃烧合成法制作CuxCo0.5-xNi0.5O1.75-0.5x固溶体阳极粉末,并将电解质粉末和阳极合金粉末按1:1的比例制作了CuCoNi/SDC阳极片。采用热重差热仪检测粉末的处理情况,采用x射线衍射仪(XRD)检测了粉末的成相情况。并且采用四端子法检测了不同组成阳极片的电导率值。分析了固体氧化物燃料电池CuCoNi/SDC阳极的显微结构。结果显示,用上述方法合成的粉体成相很好,阳极片的电导率和组成、温度有着极强的联系,氢气还原前后微结构有明显的变化。     

硫化氢固体氧化物燃料电池研究进展

综述了H2 S固体氧化物燃料电池 (SOFC)的发展历史和研制现状 ,包括固体电解质薄膜如质子传导膜和氧离子传导膜的开发、电极催化材料尤其是阳极催化材料的研制、以及整个电池系统的性能研究。指出H2 SSOFC在工业化过程中所面临和必须解决的关键技术问题是 :电解质薄膜材料的研制及其制备 ,尤其是薄膜化的制备技术 ;电极材料的开发及制备 ,特别是阳极催化材料的选择与制备技术 ;膜 -电极三合一制备技术。并对H2 SSOFC的开发及工业应用前景作了展望     

金属硫化物作为阳极材料对H2S固体氧化物燃料电池性能研究

Two anode catalysts with Pt, MoS2 and composite metal sulfides (MoS2 NiS), are investigated for electrochemical oxidation of hydrogen sulfide in solid oxide fuel cell (SOFC) at temperatures 750-850℃. The catalysts comprising MoS2 and MoS2 NiS exhibited good electrical conductivity and catalytic activity. MoS2 and composite catalysts were found to be more active than Pt, a widely used catalyst for high temperature H2S/O2 fuel cell at 750-850℃. However, MoS2 itself sublimes above 450℃. In contrast, composite catalysts containing both Mo and transition metal (Ni) are shown to be stable and effective in promoting the oxidation of H2S in SOFC up to 850℃. However, electric contact is poor between the platinum current collecting layer and the composite metal sulfide layer, so that the cell performance becomes worse. This problem is overcome by adding conductive Ag powder into the anode layer (forming MoS2 NiS Ag anode material) to increase anode electrical conductance instead of applying a thin laver of platinum on the top of anode.     

对称结构固体氧化物燃料电池研究进展

当采用碳氢化合物作为燃料时,具有同种电极材料的对称固体氧化物燃料电池(Symmetric Solid Oxide Fuel Cell,SSOFC)通过阴极和阳极的周期性转换,提高了阳极的抗焦化和抗硫中毒能力。通过对近几年来对称电极的分类和整理,总结了已有对称电极的优缺点。综合分析表明,发现适用于除了La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ(LSGM)电解质的单相稳定氧化物对称电极或者开发出新的对称电极材料是必要的。     

固体氧化物燃料电池阳极研究

作为固体氧化物燃料电池(SOFC)的关键部件之一,阳极性能对SOFC性能有着十分重要的影响.本文主要对阳极研究进展进行综述,重点对阳极组织和性能方面的研究情况进行了阐述,合理选择阳极材料和制备工艺条件,优化阳极微观组织结构是获得高性能阳极的重要方面.对阳极材料选择和制备方法进行了简单的介绍.     

使用丙烷燃料的便携式固体氧化物燃料电池研究进展

阐述了丙烷燃料应用于固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的工艺及其原理,其中包括重整、部分氧化;综述了使用丙烷燃料SOFC阳极材料研究进展,现有的研究工作主要围绕着如何阻止积炭进行,主要途径是改善阳极性能和选用合适的阳极催化剂等;介绍了当今世界上针对便携式应用的各式SOFC的研究发展现状,特别介绍了单气室SOFC;对便携式SOFC的发展前景进行了展望。     

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.     

实心多孔支撑体全膜化微型固体氧化物燃料电池的制备及性能

提出一种实心多孔支撑体全膜化微型固体氧化物燃料电池(micro solid oxide fuel cell,μSOFC)设计模型.电池用氧化钇部分稳定的氧化锆[(ZrO2)0.97(Y2O3)0.03,partially stabilized zirconia,PSZ]多孔陶瓷作为支撑体,在其上制备NiO-YSZ阳极层,分别采用离心和浸渍两种成膜工艺制备YSZ电解质膜,以La0.8Sr0.2MnO3-YSZ复合材料为阴极,对组装好的单电池进行了电化学性能测试.在850℃和800℃时,离心沉积工艺制备的单电池最大输出功率密度分别为286 mW/cm2和254 mW/cm2,而浸渍涂布法制备单电池的最大输出功率密度则分别达到572 mW/cm2和388 mW/cm2.电化学阻抗谱显示;电极极化是影响电池性能的主要因素.     

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。     

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     

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.     

固体氧化物燃料电池的制备

采用柠檬酸-硝酸盐燃烧合成了纳米级CeO2基阳极支撑平板式固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）的电解质与电极材料。研究了SOFC三极板[NiO-Ce0.8Gd0.2O1.9（CGO）,阳极;CGO电解质;La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）-CGO阴极]的制备工艺,对制膜过程、烧结工艺等做了探讨。指出了较佳的制备条件。结果表明：物理混合得到的阳极优于共燃烧得到的阳极;球磨分散得到的阳极致密,乳化分散得到的阳极中NiO与CGO的分散较为均匀。     

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     

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。     

热压制备低温固体氧化物燃料电池的初步研究

引言固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFC)由于具有能量转化效率高,不采用贵金属(如铂等)作催化剂,可直接使用碳氢燃料,易实现热-电联供或与燃气轮机组成联合循环系统,对环境友好,可实现长寿命运行等优点受到