固体氧化物燃料电池堆的稳定工况特性

以大面积电池和千瓦级电堆为对象,研究了温度、燃料成分、流量等对阳极支撑型电堆性能的影响。结果表明:温度的影响最大,复数阻抗谱中高频弧对应的活化能最高;欧姆阻抗的活化能较低,表明其不全是离子电导的电阻,还包括双极板的表面电阻和可能的接触电阻。利用干氢气燃料测试时,在开路电压附近表现出较大的活化极化,且其活化能很小,表明该活化极化的速率控制步骤并非是电荷转移过程,而是对应某种表面扩散过程。模拟重整气燃料测试过程中活化极化不明显,但开路电压较低,性能比氢气燃料差。随着电堆工作电流的增加,燃料尾气的温度增加,表现出明显的热效应。     

煤气化燃料电池联合系统中固体氧化物燃料电池堆性能

煤气化燃料电池联合系统是下一代高效、清洁发电技术的重要选择之一。为避免煤合成气在固体氧化物燃料电池堆内由于CO歧化反应形成积碳,需对合成气进行一定程度加湿。利用替代映射方法构建了固体氧化物燃料电池堆多物理场多尺度模型,分析不同加湿程度下的电堆性能。加湿后,电堆内水煤气变换反应速率显著增大,并与H₂和CO的电化学反应相互影响。在电堆内电池流道入口附近,水煤气变换反应尤为强烈,将CO快速转变为H₂,补充了H₂电化学反应的消耗。但加湿程度的增大也会降低H₂能斯特电势,抑制流道入口段附近的H₂电化学反应速率。距流道入口大于60 mm的部分,CO和H₂分压接近平衡,水煤气变换反应减弱,气体反应速率受电化学反应控制。流道入口段H/O体积分数比和C/O体积分数比都较低,易发生积碳。50%以上的加湿可显著降低电堆内的积碳风险。加湿会造成电堆性能下降,采用的合成气组成条件下,100%加湿造成电堆性能损失4.65%。     

钙钛矿结构质子导体基固体氧化物燃料电池电解质研究进展

从适用于中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)电解质材料的设计与改性角度出发,回顾了钙钛矿结构质子导体的发展历史、研究现状及未来研究趋势。按照钙钛矿型IT-SOFCs的结构特点,对Ce基、Zr基及Ce/Zr基电解质等质子导体做了重点介绍;指出目前Ce基陶瓷膜在稳定性方面,以及Zr基陶瓷膜在电导率和烧结活性等方面都有待提高;未来这方面研究仍主要以钡基铈酸盐、锆酸盐为主,提高电导率、增加稳定性和烧结活性等将是这类材料长期面临的困难与挑战。从质子导体的结构角度改性传统钙钛矿型IT-SOFCs电解质、探索新型钙钛矿结构质子导体以及采用新的陶瓷膜制备技术方法等将在此类电解质材料的实际应用道路上起到重要作用。     

固体氧化物燃料电池系统及其应用

对固体氧化物燃料电池系统和单体电池及其工作原理、材料组成等作了简要介绍,并介绍了固体氧化物燃料电池在电厂混合发电方面与燃气轮机组成的联合系统技术以及以天然气为燃料家庭热电联产方面的应用。并指出固体氧化物燃料电池由于其高效、环保清洁将是未来能源利用的主要方式。     

燃料电池固体氧化物电解质研究进展

本文对当前燃料电池用固体电解质材料的研究进展进行了综述.首先介绍了固体氧化物燃料电池的发展趋势及其与电解质材料性能的关系,然后分别对Y2O3稳定ZrO2(YSZ)、Sc2O3稳定ZrO2(ScSZ)、Ce基材料和其他一些电解质材料如Bi2O3、LaGaO3的制备、掺杂和电导率性能等方面进行了总结.最后,提出了今后电解质材料研的几个重要方向.     

固体氧化物燃料电池的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是先进陶瓷材料的一种重要应用,可以通过电化学反应将燃料的化学能直接转换为电能。SOFC具有效率高、性能稳定、便携、低污染等优点,可以实现能源的有效清洁利用。本文结合国内外SOFC的研究情况,分析讨论了SOFC的技术优势、地方产业优势及产业难题,并结合国家政策方面对我国SOFC产业的未来发展做了展望。     

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。     

固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)被誉为21世纪最具有发展潜力的能源材料之一,它的热效率高、燃料的适应性强,能很好地满足区域供电、供热的需要,具有重要的经济和社会意义。本文综述了SOFC电解质的研究进展,指出在诸多的电解质材料中,尽管氧化铋系电解质拥有最高的电导率,但由于其化学稳定性很差,难以获得广泛的应用;氧化钇全稳定的氧化锆(YSZ)由于其中低温的电导率较低,只适用于高温SOFC;稀土掺杂的氧化铈和LaGaO3钙钛矿材料拥有较高的中低温电导率,性质较为稳定,是适用于中低温SOFC的电解质材料。     

钙钛矿阳极固体氧化物燃料电池在CO–CO2燃料下的性能和稳定性

以原位析出纳米Co–Fe颗粒的La_0.4Sr_0.6Co_0.2Fe_0.7Nb_0.1O_3–δ(LSCFN)钙钛矿为阳极,考察了直接使用CO–CO₂燃料时的阳极结构演变、单电池电化学性能和稳定性。结果表明:在CO燃料中,ABO₃钙钛矿结构LSCFN转变为A₂BO₄层状钙钛矿结构;在CO中引入少量CO₂后,LSCFN则以单钙钛矿结构为主,并有效抑制了碳沉积。单电池在CO燃料下的最大功率密度可达0.6 W/cm²(850℃),并在n(CO):n(CO₂)=5:1(摩尔比)燃料下运行超过100 h。     

Novel Compressive Mica Seals with Metallic Interlayers for Solid Oxide Fuel Cell Applications

A novel hybrid compressive mica seal was developed that showed an exceptionally low leak rate of ∼8.9 × 10⁻⁴ sccm/cm (standard cubic centimeters per minute per unit leak length of seal) at 800°C and a compressive stress of 100 psi, about 740 times lower than that of the conventional compressive mica seals (6.6 × 10⁻¹ sccm/cm), at a pressure gradient of 2 psi. The hybrid compressive mica seals were composed of two compliant metallic layers and a mica layer. Three commercially available micas were tested in this study. All showed substantial improvements in reducing the leak rates by using the hybrid design. The best results were obtained using muscovite single-crystal mica and 125 μm silver layers. Using the paper form of muscovite and phlogopite mica, the leak rates were still far superior (∼1 × 10⁻¹ sccm/cm) compared with mica without the compliant silver layer (about 6–9 sccm/cm). The microstructure of the mica was examined before and after the 800°C leak tests. These results are compared with results for hybrid seals using glass interlayers. In addition, an explanation for the substantial reduction of the leak rates is proposed, and the application of the hybrid compressive mica seals in planar SOFC stacks is briefly addressed.     

Development of Solid Oxide Fuel Cell Anodes Using Metal-Coated Pore-Forming Agents

Adding Ni-coated graphite particulates to a tape casting colloidal suspension is capable of creating a sintered solid oxide fuel cell anode with a critical percolation threshold for conductivity significantly lower than conventional anode materials. For example, conductivity at 800°C reached over 1200 Ω⁻¹·cm⁻¹ in these anodes at a Ni volume below the percolation threshold reported for conventional anode materials. This behavior was explained based on an "effective" Ni content, V _Nieff, which includes the graphite portion of the particle. In the green tape, V _Nieff controls the creation of a percolating network of Ni. However, when the graphite burns away, it leaves a percolated Ni network at a much lower volume fraction than would otherwise be required.     

应用于大尺寸平板型固体燃料电池电堆的Al2O3-SiO2-CaO基密封材料软化特性及其验证

设计研制了Al₂O₃-SiO₂-CaO基密封材料,对其高温晶化与软化、热性能、界面黏结特性开展了原位观察,并进行了电堆实际应用验证。结果表明:在不高于1 100℃时该密封材料均为非晶态,850℃开始软化,900~1 000℃出现球化。热重分析表明密封材料在0~960℃的质量损失较小,约为0.06%;密封材料与连接板、电池界面黏结紧密,利于固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆密封应用。采用研制的密封材料组装了2个5单元SOFC短堆,分别进行了热循环与稳定性研究。结果表明:2个5单元电堆的开路电压达到6.0 V,平均开路电压1.2 V,电堆1热循环前后在35 A(0.56 A/cm²)条件下输出功率为运行无衰减,电堆2在27 A(电流密度0.43 A/cm²)进行恒流放电,运行300 h较为稳定。     

固体氧化物燃料电池阳极材料研究进展

主要对SOFC阳极材料的最新研究进展进行综述。首先介绍了SOFC对阳极材料的基本要求,而后对目前各种阳极材料在性能方面的优势和不足进行了比较,其中较为详细地介绍了传统的金属陶瓷阳极和新型的钙钛矿型阳极的研究进展情况,最后对阳极材料的未来发展方向进行了展望。     

Properties and Performance of Cation-Doped Ceria Electrolyte Materials in Solid Oxide Fuel Cell Applications

Cation-doped CeO₂ electrolyte has been evaluated in single-cell and short-stack tests in solid oxide fuel cell environments and applications. These results, along with conductivity measurements, indicate that an ionic transference number of ∼0.75 can be expected at 800°C. Single cells have shown a power density >350 mW/cm². Multicell stacks have demonstrated a peak performance of >100 mW/cm² at 700°C using metallic separators.     

液态金属阳极固体氧化物燃料电池中的电解质腐蚀

近年来,由于具有极高的理论转化效率,液态金属阳极直接碳固体氧化物燃料电池受到关注;然而,液态金属电极对电解质的腐蚀是降低其性能和限制其寿命的关键因素之一。本文综述了液态金属和氧化物,主要是液态锑(Sb)和氧化锑(Sb₂O₃),对固体氧化物燃料电池常用ZrO₂和CeO₂基电解质的化学和电化学腐蚀研究成果,并讨论了减缓腐蚀程度的途径与可能性。     

平板式固体氧化物燃料电池的热机械行为

基于COMSOL Multiphysics仿真平台建立了多物理场耦合作用下的平板式固体氧化物燃料单电池模型,考虑多种温度相关的材料物理化学性质,研究了残余应力以及阳极材料中镍体积分数对电池内部热应力的影响.结果表明:残余应力的存在增大了电池关键构件电解质和阴极电极工作状态下的最大拉伸和压缩应力,减小了阳极电极的最大拉伸...     

固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

简述了固体氧化物燃料电池阴极材料研究近况及重要进展。     

造孔剂含量对固体氧化物燃料电池阳极的结构与电性能的影响

通过向阳极添加造孔剂（PMMA）改善阳极的微观结构,研究不同含量的造孔剂（PMMA）对阳极的显微结构、电性能的影响。利用SEM、电化学1二作站等测试手段对单电池的结构和电性能进行了表征。研究结果表明,添加7wt．％的PMMA造孔剂制备的单电池,阳极的孔隙率高,阳极中的气孔分布均匀,结构规整,降低了燃料气的传输阻力,提高了三相反应界面,获得了良好的电性能。以H2＋3％H：0为燃料气,在750℃下单电池的开路电压（OCV）为1．08V、最大功率密度为0．82W／cm2、欧姆阻抗为0．20Ω·cm2、两极阻抗为0．53Ω·cm2。