煤气组分对固体氧化物燃料电池碳沉积的影响

以煤气化合成气作为固体氧化物燃料电池的燃料是煤炭清洁利用的重要方式之一, 但是存在碳沉积会对SOFC的运行造成一定影响. 本文构建了基于实验的全三维SOFC数学模型, 考虑了化学/电化学反应、气体的流动和扩散、气固耦合换热、过电势等多种运行参数, 计算了煤气化合成气中不同组分对以Ni-YSZ为阳极的SOFC碳沉积的影响. 可以看出, 增加水蒸气以及二氧化碳有助于碳沉积的降低, 但是过多的水蒸气和二氧化碳也会导致SOFC输出电压的降低. 较高的氢气含量对碳沉积也有一定的抑制作用. 一氧化碳含量的增加有助于减少碳沉积的范围, 但在SOFC入口处却增加了碳沉积活性. 同时, 甲烷能导致剧烈的碳沉积, 因此, 在煤气化合成气中应尽量去除甲烷.     

稀土Ce对涂层阳极电催化性能的影响

在涂层阳极中掺入稀土Ce对电催化性能的影响报道较少.利用热分解方法在不同温度下制备了不同摩尔分数Ce的三元涂层Ru0.3Ti(0.7～x)CexO2,通过极化曲线测试、交流阻抗谱测试、扫描电镜观察,研究了所制备涂层的电催化活性.结果表明:Ce的掺入量有一个最佳范围,摩尔分数为0.2～0.3时涂层阳极电催化性能最好;适当的热分解温度有利于含Ce涂层阳极性能的提高,最佳温度为450℃;在阳极涂层中引入Ce可以提高其电催化活性.     

固体氧化物燃料电池(SOFC)钛基钙钛矿阳极的研究进展

燃料电池是一种把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为第四代燃料电池,其结构为全固态结构,在中高温条件下工作。SOFC具备燃料范围广、材料成本低、使用寿命长、发电效率高、余热利用价值高等优点。SOFC阳极为从外界输运过来的燃料与从阴极传递过来的氧离子发生电化学反应提供场所。开发高性价比的阳极是提高SOFC性能、降低其制造成本的关键。SOFC阳极材料包括贵金属、Ni基材料、Cu基材料、钙钛矿等。然而,贵金属阳极受成本制约较为严重,Ni基阳极在使用碳氢燃料时易产生积碳而降低其使用寿命,Cu基阳极的电化学活性较低。钙钛矿阳极因其稳定的结构、较高的抗积碳和耐硫毒化能力而得到广泛关注,近年来各类钙钛矿阳极的报道层出不穷。钛基钙钛矿因其较好的催化活性、电化学稳定性、抗硫中毒及抗积碳性能成为近年来SOFC阳极研究的热点。但相较传统Ni基阳极,钛基钙钛矿仍存在催化活性和电导率较低等问题。因此,若将钛基钙钛矿阳极直接应用于SOFC中则无法满足大功率放电需求。近年来,研究者们发现可以采用掺杂、复合改性等方法来提高钛基钙钛矿阳极的电化学活性。本文以目前研究较为广泛的La掺杂钛酸锶、Y掺杂钛酸锶和其他体系的钛基钙钛矿作为对象,重点讨论了钛基钙钛矿的改性方法(如掺杂和复合)和研究进展,并给出钛基钙钛矿的发展方向。本文将为高活性、高稳定性SOFC钙钛矿阳极的研究开发提供参考依据。     

稀土La掺杂对Ru-La-Ti涂层阳极电催化性能的影响

利用热分解方法在不同温度下制备了不同摩尔分数La的三元涂层Ru0.3Ti(0.7～x)LaxO2,通过极化曲线测试和交流阻抗谱测试研究了所制备涂层的电催化活性,并用扫描电镜对涂层表面形貌进行了观察.测试结果表明,在涂层中引入La可以提高涂层阳极的电催化活性.La的掺杂量有一个最佳比,摩尔分数为0.5时电催化性最好;适当的热分解温度有利于La涂层阳极性能的提高,最佳温度为450℃.     

平板式固体氧化物燃料电池Ag-CuO封接材料的研究

采用Ag-CuO为封接材料对连接体SUS430和电池片阳极Ni-YSZ在空气中进行封接,通过对泄露率的测定、扫描电镜、能谱分析等方法对封接的气密性、相容性及热循环性能进行了研究。结果表明Ag-CuO材料可实现对连接体与电池片的有效封接,且当材料中的Cu含量为6%（摩尔分数）时模拟泄露率最低,〈0.001mL/（min.cm）,封接材料在经历10次热循环后的气体泄露率无增大,能谱分析表明在连接体/Ag-CuO材料界面没有发生元素扩散现象。     

含硅钛阳极的制备及其电催化性能研究

为了研究硅组元对RuO2/Ti阳极电催化活性的影响,采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备了不同成分配比的RuO2-SiO2/Ti阳极,通过电极的析氯电位、析氧电位测试以及循环伏安性能测试,研究了所制备涂层的电催化活性.测试结果表明,在涂层阳极中引入Si可以提高涂层阳极的电催化性能,且Si引入的最佳值为0.1,0.3(摩尔分数).Ru-Si涂层阳极电催化性能提高的原因在于Si的引入可以增加涂层的活性表面积.     

中温固体氧化物燃料电池阳极的研究

以NiO和Ce_0.8Gd_0.2O_1.9(CGO)为原料, 通过静压成型, 在1450℃高温焙烧, 并于700℃用80%He气稀释的H₂还原后, 制成了Ni-CGO中温固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极, 测定了阳极的孔特性, 用SEM观察了阳极的微观形貌, 通过XRD衍射图谱表征了阳极材料还原前后的晶相变化, 用EDS分析了阳极的元素组成与分布, 测试了阳极的电导率和燃料电池性能. 研究结果表明, 所制备的Ni-CGO阳极孔径主要在1～2μm, 孔隙率随NiO含量的增加而增大, 最大可达到30%. 通过SEM观察可知金属相与CGO陶瓷相融合良好, 阳极与电解质结合紧密, 用20%的H₂气体700℃可将NiO彻底还原成金属Ni, 但是CGO晶相没有变化, 还原后的阳极电导率随NiO量减少而降低, NiO质量比为40%时是电导率的阈值; 用Ni-CGO为阳极, CGO为电解质, LSCF为阴极制备的中温SOFC功率密度650℃可达0.14W/cm².     

铝电解用Fe-Ni-Co-Al-2O3金属陶瓷惰性阳极

研制了一种新型铝电解金属陶瓷惰性阳极,阳极基体由Fe-Ni-CoAl2O3构成 .在石墨坩埚中,960℃温度下,电解质中的氧化铝质量分数为6.0%,摩尔比为2.6;阳极电流密度为1.0A/cm2,阳极尺寸大小为120mm×80mm×15mm,石墨阴极尺寸大小为120mm×40mm×20mm,通入的直流电为100～300A,电解时间各为10 h;实验所得的电解铝产品纯度达到 98%以上,杂质主要为Fe,Ni,Co;电解后的阳极外观尺寸无明显变化,阳极气体中氧气质量分数达到98%～99%.阳极的反电动势为2.45 V,比理论分解电压仅高出0.25 V证明该阳极为惰性阳极,在电解槽中进行的是Al2O3的分解反应.     

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%。     

长度可调的TiO2纳米管制备及其DSSC性能的研究

采用阳极氧化法在Ti片上制备高度取向的TiO2纳米管阵列.室温下,电压60V,在含有0.5%(质量分数)NH4F,1%(体积分数)HF,2%(体积分数)H2O的乙二醇电解液中,通过改变阳极氧化时间(8～20h),反应制得管长约为6.7～19.5μm,管径约为90～110nm,管壁约为20nm的TiO2纳米管阵列.利用S...