SmBaCoCuO_(5+δ)作为SOFC阴极材料的制备和性能研究

以Sm_2O_3、Ba(NO_3)2、Co(NO_3)2·6H_2O、Cu(NO_3)_2·3H_2O为原料,采用EDTA-甘氨酸法制备了Sm Ba Co Cu O_(5+δ)粉体。利用X射线衍射仪(XRD),电子扫描电镜(SEM)对物相和显微形貌进行表征,并测试了材料的热膨胀系数、电导率,电极的交流阻抗和单电池的功率输出性能。结果表明,Sm Ba Co Cu O_(5+δ)在室温至800℃间的平均热膨胀系数值为16.26×10~(-6) K~(-1),比Sm Ba Co2O_(5+δ)要小很多。Sm Ba Co Cu O_(5+δ)作为阴极,800℃时的电导率值为112 S·cm~(-1),极化电阻值为0.0771Ω·cm2,表现出较好的电极性能。以Sm Ba Co Cu O_(5+δ)为阴极的单电池在800℃时的最大输出功率达到419 m W·cm~(-2)。     

SOFC阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_(0.7)Co_(0.2)Ni_(0.1)O_(3-δ)的制备与性能

采用溶胶-凝胶法、固相法制备La_(0. 7)Sr_(0. 3)Fe_(0. 7)Co_(0. 2)Ni_(0. 1)O_(3-δ)(LSFCN)中低温固体氧化物燃料电池阴极材料,通过热重-差热分析、X射线衍射、扫描电镜、直流四探针法、热膨胀系数、交流阻抗对材料的结构与性能进行研究。结果表明,2种方法制备的LSFCN均为单一的钙钛矿结构,并且与电解质SDC在950℃以下没发生化学反应,稳定性较好。溶胶-凝胶法制备的阴极粉体颗粒最小、形状规整、结晶度高。在测试温度400～800℃条件下,2种方法合成的阴极材料LSFCN是小极化子导电机制,电导率随着测试温度的升高而增大。溶胶-凝胶法制得的LSFCN的电导率均大于固相法,在800℃时最大达到619. 4S/cm。2种方法制备的LSFCN阴极样品与电解质SDC匹配性好。2种方法制备的LSFCN有利于氧在三相界面的传输,提高了材料的电化学性能。     

SOFC阴极材料PrBa0.85Ca0.15CoMO5+δ的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法分别制备出PrBa_(0.85)Ca_(0.15)CoMO_(5+δ)(M=Co,Fe,Mn,Ni,Cu)阴极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、直流四探针法、热膨胀系数(TEC)测试的手段对样品进行了表征。结果表明:溶胶-凝胶法制备的PBCCM(M=Co,Fe,Mn,Ni,Cu)均为双钙钛矿结构,阴极粉体颗粒小而且分布均匀。在温度400—800℃的测试条件下,PBCCM(M=Co,Cu,Fe)的电导率随着温度的升高而减小,表现出类金属导电机理。掺杂Cu的阴极材料的电导率在400℃最大达到451 S/cm。Mn,Ni,Cu元素的掺杂都能明显地降低PBCCM系阴极材料的热膨胀系数。     

EDTA-柠檬酸复合络合法制备阴极材料La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3粉体

本文采用EDTA-柠檬酸复合络合法制备了SOFC阴极La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3纳米粉体。并分别通过SEM、TEM、XRD及电化学极化阻抗仪对La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3粉体形貌、尺寸、晶相及电化学性能进行了表征。实验结果表明:采用EDTA-柠檬酸复合络合法获得的干凝胶,经800℃煅烧后可获得粒径为20~30 nm、结晶度高的钙钛矿结构的La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3纳米粉体。以La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3粉体及添加20wt%的GDC粉体制备成的复合阴极在700℃下的极化阻抗为0.15Ω·cm~2、电导率为715 S·cm~(-1)。     

固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_(0.7)Co_(0.2)Cu_(0.1)O_(3-δ)的制备与性能

采用溶胶-凝胶法、固相法、共沉淀法制备La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_(0.7)Co_(0.2)Cu_(0.1)O_(3-δ)(LSFCC)阴极材料,通过热重-差热分析(TG-DTA)、热膨胀系数(TEC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、直流四探针法对材料的结构与性能进行研究。XRD结果表明:不同方法制备的LSFCC均为单一的钙钛矿结构,并且与电解质SDC在煅烧的过程中未发生反应,具有良好的化学稳定性。溶胶-凝胶法制备的阴极粉体粒径最小、颗粒大小均匀、结晶度高。在空气气氛下采用流四电极法测试了阴极材料LSFCC的电导率,研究结果表明:在测试温度400~800℃条件下,溶胶-凝胶法与共沉淀法合成阴极材料LSFCC的导电机制为小极化子导电理论,而固相法制得的LSFCC电导率随着测试温度的升高先增大后减小,表现出类金属导电机理。最大电导率为溶胶-凝胶法制得的LSFCC,在800℃达到了691.71 S/cm。热膨胀系数研究表明:不同方法制备的LSFCC阴极样品与电解质SDC相匹配。     

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)复相材料的性能

通过干压成型制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O1.95(LSCF-GDC)系列双相复合材料,研究了不同LSCF含量对复合材料电导率及烧结性能的影响,同时对微观结构进行了深入分析。结果表明:LSCF含量越高,材料的电导率越高,LSCF质量含量为65%时,800℃电导率可达141.7S/cm。扫描电子显微镜分析了材料的微观结构,晶粒发育良好,结构致密;LSCF对GDC晶粒增长有抑制作用,LSCF质量含量为65%时,1 350℃烧结5h,GDC晶粒尺寸仅有0.3~0.6μm。因此具有很好的微观结构及电性能的双相复合LSCF-GDC透氧膜材料将具有很好的应用前景。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.2)Co_(0.1)CuO_(3-σ)的制备与表征

用柠檬酸络合法制备超细的钙钛矿型结构的固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.2)Co_(0.1)CuO_(3-σ)(LSCC).选用合适的反应条件和煅烧温度制得所需要的材料后,用DSC-TG、XRD、SEM等对粉体进行物相测定和形貌观察;选用不同温度煅烧前驱体,得到不同比表面积的粉体材料,通过半干法工艺成型LSCC阴极材料并测试它在不同温度条件下的电性能.结果表明,溶胶凝胶-高温自燃烧法能制备出超细纯相的LSCC阴极材料,且该阴极材料在中温条件下使用具有良好的导电性能(不低于150 S/cm)和输出功率(0.85 W/cm~2)和较低的活化能(112.1 kJ/mol).     

氧空位对La_(0.9)Sr_(0.1)TiO_(3+δ)层状钙钛矿陶瓷微观结构的调控作用

采用高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)与球差校正电镜高角环形暗场(HAADF)像研究了层状钙钛矿La_(0.9)Sr_(0.1)TiO_(3+δ)(LST)的显微结构,揭示了该材料体系中存在的氧空位缺陷对晶格结构的作用机制。结果表明:材料晶格结构受缺氧环境的影响会引起LST晶胞a,b轴长度的缩短与c轴的相对伸长,在整体上表现为晶胞的体积收缩。基于高分辨显微像与Z衬度原子像的分析,能够识别由氧空位引发的部分原子面重排以及由连续晶格畸变所导致的位错现象。氧空位缺陷的有效调控将对优化材料微观结构,进一步制备高反射率钙钛矿材料具有重要意义。     

静电纺丝法制备中温固体氧化物燃料电池阴极用纳米La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3纤维

采用静电纺丝技术和溶胶–凝胶法制备了聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)/La0.6Sr0.4Co0.4Fe0.6O3(LSCF)复合纳米纤维,经过不同温度煅烧处理,获得了具有单晶结构的LSCF纳米纤维,并对纤维样品的煅烧过程、形貌、物相、结构以及电性能进行了表征。结果表明:PVP/LSCF复合纳米纤维中的水分和有机物在达到560℃前已经完全挥发和分解。经煅烧处理,可获得具有斜方六面体结构LSCF。经800℃煅烧后的LSCF纳米纤维的直径主要分布在130～240nm;以LSCF纳米纤维为阴极制备的单电池在750℃工作温度下,其最大功率密度为1.18W/cm2。与用传统溶胶–凝胶法在相同条件下制得的LSCF粉体相比,其单电池的电流–电压–功率性能有显著提高。     

固体氧化物燃料电池双钙钛矿SmBaCoFeO_(5+δ)阴极材料的结构与性能

通过柠檬酸硝酸盐燃烧法制备中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)双钙钛矿阴极材料Sm Ba Co Fe O_(5+δ)(SBCFO)粉体,并系统研究了该材料在中温段的晶体结构特征、热膨胀性能、离子-电子传输特性、电化学催化活性以及电池功率特性。结果表明:SBCFO在室温下为P mmm正交结构,在300℃时材料转变为P 4/mmm四方结构。SBCFO的热膨胀系数在25～200℃和200～900℃范围内分别为15.7×10~(-6 )K~(-1)和19.6×10~(-6 )K~(-1)。SBCFO阴极在600～800℃温度范围内电导率超过100 S/cm。在700,750,800和850℃时,空气(50 m L/min)气氛中,SBCFO/La_(0.8)S_(r0.2)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_3(LSGM)/SBCFO对称电池极化电阻分为0.210,0.100,0.054和0.032Ω?cm~2。SBFCO双钙钛矿阴极氧还原反应的限速步骤是表面吸附氧分子解离成氧原子的过程。以SBCFO为阴极组装电解质支撑型单电池Ni-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)/La_(0.4)Ce_(0.6)O_2/LSGM(300μm)/SBCFO,800℃时,其最大功率密度达到831 m W/cm~2。     

微波介电陶瓷Ba_(1.5)Sr_(0.5)La_2Ti_2TaO_(12)的合成及介电特性研究

微波介电陶瓷在通讯器件中制备材料,其材料的性能提升与制备成为研究的重点,吸引了越来越多的研究人员。其中对以钽酸盐为代表的介电陶瓷的应用越来越多,为此,制备合成了微波介电陶瓷Ba_(1.5)Sr_(0.5)La_2Ti_2TaO_(12)。采用X射线衍射分析进行了结构分析、并用LCR测量仪对其介电性能进行了测试。结果表明:Ba_(1.5)Sr_(0.5)La_2Ti_2TaO_(12)结构为六方层状类钙钛矿,晶胞常数为:a=b=5.712,c=27.934,V=789.27~3,Z=3,具有优异的介电性能。介电常数为44.38,介电损耗为0.0013。该陶瓷体具有优异的介电性能。     

SOFC阴极材料La0.5Sr0.5Co1-x-yFexCuyO3-δ的制备与性能研究

采用EDTA-柠檬酸联合络合法制备La0.5Sr0.5Co1-x-yFexCuyO3-δ系列阴极材料,利用X射线衍射、扫描电镜、直流四电极法对材料结构与性能进行研究.结果表明,不同组分阴极材料经1 000℃焙烧后均为纯钙钛矿相.阴极材料的致密性、结晶度和粒径随2种元素掺杂量的升高而增加,其中x = 0.5时微观结构较优...     

烧结温度对La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)双相复合透氧膜性能的影响

采用干压成型制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O2-δ(LSCF-GDC)双相复合透氧膜,通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透氧量测试等研究了不同烧结温度下材料相结构、微观形貌以及透氧性能。结果表明:LSCF和GDC两相化学相容性较好,在1 300℃条件下共烧后没有杂相生成;随着烧结温度的升高,LSCF-GDC的氧渗透量逐渐增加。在烧结温度为1 300℃、操作温度为900℃时,厚度0.67 mm的膜片氧渗透量为0.14 m L/(cm2·min);在烧结温度不高于1 300℃时,LSCF-GDC双相膜的氧渗透活化能随着烧结温度的升高而逐渐降低。     

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3–δ)–Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)复合阴极的制备及性能表征

分别采用凝胶浇注法和甘氨酸–硝酸盐法制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ(LSCF)粉体与Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)粉体,随后制备出不同比例的LSCF–SDC复合阴极。用X射线衍射分析粉体的化学稳定性,用扫描电子显微镜观察复合阴极的微观结构,在500～800℃范围内测量其热膨胀系数和电导率。采用丝网印刷法将LSCF–SDC涂覆在SDC电解质片上,在1100℃烧结4h。用交流阻抗法在600～800℃范围内测量不同成分的LSCF–SDC复合阴极和SDC电解质的交流阻抗谱。结果表明:LSCF和SDC粉体具有良好的化学相容性,烧结体具有多孔结构,LSCF–SDC复合阴极与SDC电解质可形成良好的接触界面。SDC的加入在降低阴极材料的热膨胀系数的同时还保持了其本身较高的电导率,在中温范围内,电导率达到500S/cm以上。复合阴极的极化电阻随着SDC的含量增加而减小,当SDC含量为30%时,复合阴极的极化电阻最小,在700℃空气中测试得到的界面电阻为0.32Ω·cm2。     

YBaCo_2O_(5+δ)阴极材料的微观结构和热膨胀及电性能(英文)

研究了层状钙钛矿钴氧化物YBaCo2O5+δ阴极材料的微观结构和热膨胀及电性能.结果表明:YBaCo2O5+δ极材料具有与Ce0.8Gd0.2O2-δ固体电解质相匹配的热膨胀性能,显示出良好的化学和结构稳定性.YBaCo2O5+δ在高温下表现为金属导电特性,100~800℃温度范围内的电导率σ=153~35 S/cm.通过扫描电子显微镜和电子能谱手段,研究了YBaCo2O5+δ/Ce0.8Gd0.2O2-δ复合阴极中离子-电子混合导电相的微观结构.     

Ca_(1-x)Sm_xWO_(4+δ)电解质材料的制备及性能

利用溶胶-凝胶法制备了Sm掺杂CaWO_4电解质粉体Ca_(1-x)Sm_xWO_(4+δ)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)等手段对其结构、形貌和电性能进行了测试。结果表明采用溶胶凝胶法经900 ℃煅烧后成功制备出了具有白钨矿结构的复合Ca_(1-x)Sm_xWO_(4+δ)粉末,所得的粉体具有良好的烧结活性,经1250 ℃烧结后得到的电解质陶瓷具有较好的离子导电率。800 ℃时Ca_(0.8)Sm_(0.2)WO_(4+δ)的电导率约为1.15×10~(-3)S·cm~(-1),在固体氧化物燃料电池电解质材料中有潜在应用价值。     

固体氧化物电解电池阴极材料Sr_2Fe_(1-x)Mn_xMoO_(6-δ)纳米粉体的制备

采用溶胶–凝胶柠檬酸燃烧法合成出应用于固体氧化物电解电池阴极的双钙钛矿型复合氧化物Sr2Fe1–xMnxMoO6–δ(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.8)系列粉体材料。制备出的粉体经研磨后在不同的温度和空气或4%(体积分数,下同)H2/Ar混合气氛下煅烧。利用综合热分析、X射线衍射,、扫描电子显微镜以及比表面积分析对不同条件下锻烧的粉体进行表征,研究了煅烧温度、制粉方法等对钙钛矿结构形成以及粉体形貌的影响。分析结果表明:钙钛矿结构的形成和Mn的含量、助燃剂含量、煅烧气氛、煅烧温度以及溶胶的pH值均有关系。在4%H2/Ar混合气体气氛下,加入0.5mol助燃剂NH4NO3(助燃剂与金属离子总数摩尔比为25:12)的Sr2Fe0.8Mn0.2MoO6–δ在900℃下煅烧2h后形成了单一的钙钛矿结构。     

PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)氧化物热电材料的制备及其性能研究

采用固态反应法制备了Sr掺杂的PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)氧化物,对其进行了XRD分析和热电性能测试,研究Sr掺杂对其热电性能的影响,结果表明:在x=0,0.25,0.5,0.75掺杂比例范围内,Sr离子很好地进入了PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)的晶格,形成双层钙钛矿结构,没有形成新的杂相;在测温范围内,PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)材料的Seebeck系数均为正值,说明PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)为p型半导体材料;Sr掺杂可以改善PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)样品的电导率,而样品的Seebeck系数随着掺杂浓度增加逐渐降低;Sr掺杂可以改善PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)样品的功率因子,PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)在1073 K有最大的功率因子90μW/mK~2。     

氧空位对La_(0.9)Sr_(0.1)TiO_(3+δ)层状钙钛矿陶瓷微观结构的调控作用EI北大核心CSCD

采用高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)与球差校正电镜高角环形暗场(HAADF)像研究了层状钙钛矿La_(0.9)Sr_(0.1)TiO_(3+δ)(LST)的显微结构,揭示了该材料体系中存在的氧空位缺陷对晶格结构的作用机制.结果表明:材料晶格结构受缺氧环境的影响会引起LST晶胞a,b轴长度的缩短与c轴的相对伸长,在整体上表现为晶胞的体积收缩.基于高分辨显微像与Z衬度原子像的分析,能够识别由氧空位引发的部分原子面重排以及由连续晶格畸变所导致的位错现象.氧空位缺陷的有效调控将对优化材料微观结构,进一步制备高反射率钙钛矿材料具有重要意义.