固体氧化物燃料电池阳极的相转化流延制备和电化学性能研究

采用相转化流延一步制备了NiO-Zr_0.84Y_0.16O_2-δ (YSZ)阳极支撑层和功能层, 前者厚度为~700 μm, 含有沿厚度方向定向排列的开放直孔, 后者厚度为~60 μm。采用浆料涂膜法和高温共烧在阳极上制备厚度为15 μm的YSZ电解质薄膜, 丝网印刷制备YSZ-La_0.84Sr_0.16MnO_3-δ (LSM)(质量比50:50)阴极。所制备的单电池显示出较高的电输出性能。以H₂-3%H₂O为燃料和环境空气为氧化剂, 800 ℃时电池的峰功率密度达到891 mW/cm², 电池即使在高电流密度测试条件下也未出现明显的浓差极化, 这是由于其阳极具有开放直孔结构, 气相输运阻力小。     

流延法制备单片式直接碳固体氧化物燃料电池组及其性能研究

本研究针对小型电源应用, 提出一种基于单片电解质的直接碳固体氧化物燃料电池组的设计和制备方法。采用流延成型的工艺制备YSZ平板式电解质, 通过在生坯上打孔作为电解质两侧电极的电连接通道, 在单片电解质平板上制备四节串联的电池组, 有效面积为5.6 cm ²。采用5 g担载5wt% Fe催化剂的活性炭为燃料, 对电池组的输出性能及稳定性进行测试。结果表明: 850 ℃下电池组的开路电压为3.80 V, 最大输出功率为1.66 W, 对应的功率密度为296 mW×cm ^-2。同时, 测得的四节串联电池组中的第一节单电池的最大输出功率密度为294 mW×cm ^-2, 说明该电池组中各单电池一致性良好。在800 ℃下, 电池组在300 mA的恒电流下放电11 h, 放电容量为8.42 W×h, 燃料利用率达到了~30%。本研究可以为开发直接碳固体氧化物燃料电池在便携式和分布式电源方面的应用提供参考 依据。     

流延法制备陶瓷燃料电池电解质膜的研究进展

本文介绍了用于陶瓷（固体氧化物）燃料电池电解质膜制备的先进的流延工艺，详细分析了粉料、溶剂、分散剂、粘结剂和塑性剂等主要原材料及其在流延料浆中的作用机理，最后简要地阐述了典型的流延制备工艺过程。     

流延法制备SOFC阳极支撑体基片

系统地研究了流延法制备SOFC阳极支撑体基片过程中影响流延浆料粘度和素坯质量的主要因素, 分析了球磨时间、有机混合溶剂类型、分散剂添加量、增塑剂/粘结剂比例(R)等参数以及除泡工艺对浆料流变性能的影响. 研究发现: 混合溶剂乙醇/二甲苯(体积比1:1)对粉料的湿润性能最好, 粉体的悬浮性能和浆料流变性能最佳; 分散剂添加量为1.8wt%时, 浆料的粘度最低; 研磨时间为24h制备的浆料流变性接近最佳状态; 浆料的粘度随R值的增大而急剧减小, 当R为1时粘度达到最佳值, 流变性能得到明显改善; 少量的除泡剂和真空搅拌对消除浆料制备过程中所产生的气泡极为有效.     

固体氧化物燃料电池阳极材料的流延制备和电池性能研究

利用流延法制备NiO-YSZ阳极，采用磁控溅射、多层流延法制备YSZ电解质薄膜，丝网印刷制备BSCF-YSZ阴极，制备出Ni-YSZ／YSZ／BSCF-YSZ单电池。阳极制备中探索了浆料配比对生坯性能的影响；研究了不同造孔剂得到的流延阳极的微结构形貌差异。考察了双层流延、磁控溅射制备YSZ薄膜的微观结构，并测试评价了电池性能。     

流延法制备陶瓷资料电池电解质膜的研究进展

本文介绍了用于陶瓷燃料电池电解质膜制备的先进的流延工艺，详细分析了粉料、溶剂、分散剂、粘结剂和塑性剂等主要原材料及其在流延料浆中的作用机理，最后简要地简述了典型的流延制备工艺过程。     

固体氧化物燃料电池阳极材料成份的优化规律

本研究借助第一性原理总能量计算法, 针对可能用于固体氧化物燃料电池阳极材料的3~6周期金属元素及其氧化物, 进行了稳定性、电学性能及力学性能等方面的研究。对工作条件下(高温、还原性气氛)阳极的结构形态、综合性能等的演化情况进行了研究分析, 得到了金属/氧化物体系体模量、禁带宽度的变化趋势, 及其与稳定性的关系。结果显示, 位于生成趋势图中部区域的金属/氧化物稳定性适中, 易于发生氧化/还原反应, 可能是阳极工作条件下综合性能较优的原因, 其中靠近金属区的元素更能为体系提供电子电导和催化活性, 靠近氧化物区的元素更能为体系提供氧离子并增加稳定性, 这些结果为不同条件下的阳极选择提供了理论指导。     

湿粉末法制备阳极支撑型固体氧化物燃料电池及其性能

采用低成本高效率的湿陶瓷粉末法结合共烧结法成功制备了阳极支撑型固体氧化物燃料电池.对多孔阳极支撑体的还原特性、电解质膜的微观结构以及电池的电化学性能等进行了分析和讨论.电池以氢气(含3%H2O)为燃料在800、750、700、650和600℃时的最大功率密度分别为1.11、0.6、0.34、0.18和0.09W/cm2.以甲烷(含3%H2O)为燃料,800、750、700、650和600℃对应的最大输出功率密度分别为0.62、0.40、0.25、0.14和0.05W/cm2.阻抗谱测试结果表明,电极极化是制约电池输出性能的主要因素.     

基于热应力分析的固体氧化物燃料电池阳极功能层优化设计

为了降低固体氧化物燃料电池在制备和工作过程中产生的热应力, 提高电池的电化学性能, 在电池中引入功能梯度层可以有效减小电池各层之间材料参数的差异, 从而缓解各层之间的热失配应力。本研究将阳极功能层引入燃料电池中, 通过阳极功能层子层数目和非线性梯度成分指数n控制各子层材料属性的变化情况, 研究了燃料电池在800℃下的热应力分布。结果表明: 选取适当的指数n和阳极功能层的分层数目可以明显降低阳极层的最大拉应力和电解质层的最大压应力。     

Ni-YSZ阳极添加Ag对固体氧化物燃料电池性能影响

为研究在Ni-YSZ阳极添加银对固体氧化物燃料电池(SOFC)性能的影响,采用化学镀银法在电池阳极镀银,在750℃分别以氢气和甲烷为燃料气,测试电池的电化学性能,并用扫描电子显微镜对测试前后的阳极进行表征。结果表明,电池在阳极镀银后,极化电阻减小,放电性能和抗积碳能力提高。化学镀银法镀银10min的电池在750℃以氢气为燃料气时,最大功率密度为511.7 mW·cm-2,比未镀银电池增加31.8%,以甲烷为燃料气时,以200mA·cm-2恒流稳定运行24h后,有少量积碳,相比恒流前最大功率密度降低0.8%。     

微管式固体氧化物燃料电池阳极微结构及其性能

利用相转化纺丝法制备了NiO-YSZ中空纤维, 在其外表面负载YSZ膜1450℃共烧后形成YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维。阳极孔结构通过芯液(N-甲基砒咯烷酮(NMP)+乙醇)中溶剂NMP的含量来控制。 当NMP含量从0、30wt%、50wt%、70wt%增加到100wt%时, 阳极的孔结构由指状孔/海绵孔/指状孔三明治结构逐渐成为贯通的指状孔结构, 电解质膜致密性、还原后的双层中空纤维的机械强度、阳极电导率逐渐减小, 而孔隙率则增加。多孔的阴极Ag涂敷于致密的电解质膜外表面构成微管SOFC。H₂/空气微管SOFC的浓差极化随着指状孔长度的增加而减小, 当NMP含量为70wt%时, 输出性能最佳, 最大功率密度为662 mW/cm² (800℃), 此时极化阻抗最小。     

固体氧化物燃料电池(SOFC)制备方法的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是解决未来能源问题的一种重要的方法.而制备方法是SOFC研究的一个重要的方向.介绍了SOFC电极材料以及制备方法在国内外的研究进展,介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的阳极、电解质、阴极的制备及几种合成方法以及所取得的成果.     

固体氧化物直接碳燃料电池新型阳极研究进展

固体氧化物直接碳燃料电池采用固体氧化物作为电解质, 能够将碳燃料的化学能直接转化为电能, 具有效率高、燃料适应性广、利于CO₂捕集等优点, 在能源与环境问题日益突出的现实条件下展现出广阔的应用前景。固体氧化物直接碳燃料电池中的关键问题在于研发合适的碳燃料转化阳极, 以满足反应催化、物质输运以及杂质耐受等要求。本文系统地总结并分析了多孔固体阳极、熔融碳酸盐阳极和液态金属阳极三类直接燃料电池阳极的结构特性、工作原理、材料特性等, 特别关注了以液态金属作为阳极的直接碳燃料电池, 分析了该类电极的优势, 探讨了未来固体氧化物直接碳燃料电池阳极的发展方向。