相转化法制备锥管状阳极支撑SOFC

利用相转化法制备了锥管状NiO-YSZ阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)。讨论了不同造孔剂对阳极支撑体机械性能及微观结构的影响,结果表明,以石墨作为造孔剂时阳极支撑体的综合性能相对较好。以氢气为燃料的单电池测试结果表明,800℃时电池的最大面积比功率为410mW/cm2。交流阻抗谱结果显示电池极化电阻是影响电池性能的主要因素。     

镍-镓酸镧复合阳极的研究

制备了多种镍-镓酸镧(LaGaO3)复合阳极,并以Ni-LaGaO3为复合阳极,系列Sr、Mg和Co掺杂的LaGaO3为电解质,Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-LaGaO3为复合阴极,组装单电池.用极化、交流阻抗等技术,对阳极电化学性能进行研究,测试了电池的功率输出特性.Ni-LaGaO3复合阳极的最佳焙烧温度约为1 200℃,焙烧温度显著影响阳极/电解质界面的欧姆电阻和极化电阻.Ni-LaGaO3复合阳极的性能,依赖于所负载电解质及电极中掺入的LaGaO3的性质.随着电解质中Co含量的增加,电池的欧姆电阻减小、电极活性增加,单电池的最大输出功率密度提高.Ni-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)| La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3(LSGMC8.5)|SSC-LSGMC5电池在800℃、氢为燃料的条件下,最大输出功率密度达0.75 W/cm2;甲烷为燃料的条件下,最大输出功率密度达0.53 W/cm2.     

Sol-gel法合成La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ电解质及其电池性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了中温固体电解质镓酸镧La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)粉体材料.差式扫描量热重分析(DSC-TGA)以及X-射线粉末衍射(XRD)证实经1 250℃热处理3h后,LSGM粉体具有单一ABO3钙钛矿结构;能量散射X射线谱(EDX)检测结果表明粉体没有其他杂质元素;扫描电子显微镜法(SEM)和激光散射粒度分布分析表明平均粒径为0.9μm.采用LSGM作为电解质,阳极为Ni/GDC材料,阴极为LSCM/GDC材料,并用离心法成膜工艺组装成SOFC单电池,测量其输出特性和阻抗谱等性能.SEM表明在阳极支撑体上制备的37 μm厚的LSGM电解质膜高温烧结后与阳极的接触良好.单电池在800℃的最大功率密度为0.89 W/cm2,电化学测试表明电池开路电压高于1.0 V,说明sol-gel法合成的LSGM可以成功地应用于SOFC的电解质.     

浸渍法制备阳极支撑管式固体氧化物燃料电池

采用一种简单、经济的工艺——浸渍成型工艺成功地制备出管式固体氧化物燃料电池的NiO-YSZ阳极支撑体,然后组装成一个NiO-YSZ/YSZ/LSM-YSZ单电池。以加湿氢气为燃料,空气为氧化剂对该单电池进行测试。测得电池在800℃下最大功率密度为450 mW/cm2。随后对单电池进行约40 h的恒电流放电测试和热循环测试,电池的输出功率有较明显的下降而开路电压基本不变,通过阻抗谱分析发现,随着时间的变化,电池欧姆电阻和界面电阻均有所下降,其中,前者是电池性能衰减的主要因素。     

浆料旋涂法制备YSZ薄膜燃料电池研究

用浆料旋涂法在NiO-YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)阳极支撑体上制备了一层11.5 μ m厚的致密YSZ薄膜.在薄膜上制备了Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)浸渍的La0.7Sr0.3MnO3(LSM)复合阴极.以氢气为燃料,阴极暴露在静态空气中,单电池在700、750、800 ℃的最大比功率分别为691、898、1 118 mW/cm2.当阴极通入50 mL/min的氧气时,单电池在800 ℃的最大比功率比空气气氛下的性能高出84%,达到2 057 mW/cm2,在中温区达到优异的性能.     

YSZ单晶电解质-熔融Sn阳极直接碳燃料电池反应特性

直接碳燃料电池(direct carbon fuel cell,DCFC)能够将固体碳燃料的化学能通过电化学反应连续地转化为电能,采用熔融Sn作为阳极可望实现储能发电一体化。该文以YSZ单晶作为电解质测试熔融Sn阳极DCFC反应特性。结果表明,光滑的电解质–电极界面有利于Sn与反应界面的充分接触以及界面固体产物层SnO2的剥离,从而降低欧姆阻抗和活化阻抗。在电池模式下,随着放电时间的增加,固体产物SnO2不断积累,导致电导率下降,阻碍了氧离子输运,造成电池性能迅速下降。温度升高可有效提高熔融Sn阳极电池或直接碳燃料电池性能;900℃温度条件更为有利于碳与SnO2反应以及Sn电化学反应的进行。     

阳极对YSZ薄膜SOFC性能的影响

研究了两种阳极对YSZ薄膜固体氧化物燃料电池(SOFC)性能的影响.NiO-YSZ阳极和NiO-SDC-YSZ阳极支撑的YSZ薄膜电池,在800 ℃时的开路电压分别为1.09 V和0.87 V,最大功率密度分别为0.86 W/cm2和0.16 W/cm2.NiO-SDC-YSZ阳极电池的电极总阻抗比NiO-YSZ阳极电池的高出58%.     

直接甲烷SOFC NiCu-CeO_2阳极的制备与性能

将Ni Cu-Ce O2作为抗积碳阳极材料,应用于阳极支撑型直接甲烷固体氧化物燃料电池(SOFC)中。采用浸渍工艺在多孔Ce O2阳极基体中制备Ni Cu阳极催化剂,还原后氧化物基体与金属的质量比为60∶40。在700℃湿H2和湿CH4气氛中考察了电池的电化学性能。Ni Cu-Ce O2|GDC|BCFN电池在H2和CH4中的开路电压(OCV)分别为0.772和0.785 V,最大功率密度(MPD)分别为96和80 m W/cm2。在0.6 V进行恒压稳定性测试20 h后,电流密度下降了1.7%。通过对测试后的电池进行电子扫描电镜(SEM)和能量散射光谱(EDS)分析,发现有少量积碳产生。而Ni-Ce O2|GDC|BCFN电池在同样条件下的性能仅为:OCV(H2)=0.77 V,OCV(CH4)=0.80 V,MPD(H2)=116 m W/cm2,MPD(CH4)=59 m W/cm2,电池在40 min内电流密度下降了74%。结果表明在阳极中添加Cu不仅能够实现与Ni基阳极相当的阳极性能,而且可以有效提高Ni基阳极的抗积碳稳定性。     

表面改性不锈钢双极板的性能研究

双极板是质子交换膜燃料电池的重要的多功能组件.不锈钢材料由于具有良好的耐腐蚀性能成为金属双极板理想的选择.但其表面高电阻的钝化膜会降低电池性能.测定了经过镀铬后再离子氮化的304不锈钢在模拟PEMFC环境下的电化学性能,测量了氮化层与碳纸之间的接触电阻.结果表明,该表面改性方法使304不锈钢在模拟PEMFC阴极和阳极情况下的钝化电流密度降低,均低于双极板设计标准16 μA/cm2;改性后的304不锈钢的接触电阻值降低,电性能得到了提高.     

铝阳极海底沉积物电池的产电性能与应用

普通海水电池,由于阳极金属的腐蚀速率过快,限制了该类电池的使用寿命。采用铝合金作阳极材料,分别置于海底沉积物与海水中,使用同种阴极来构建电池,测试了电池的相关性能并观察铝阳极沉积物电池驱动仪器运行的情况。对比结果表明沉积物中铝阳极腐蚀速率V-为0.966 g/(m2h),海水中为1.207 g/(m2h);沉积物中库仑效率CE为0.710,海水中为0.531。说明沉积物中电极的腐蚀速率减慢,使用寿命可被延长,产能效率提高。铝阳极沉积物电池开路电压1.35 V,比实验中的海水电池高约0.10 V,最大功率密度Pmax为20 W/m2,内阻28 W;外接升压器件后,输出电压至6 V以上,且升压器件最高功率转化率达0.608,表明升压效果良好且具有较高的功率转化效率。同时验证了铝阳极沉积物电池可有效驱动海洋仪器的运行,为以后的海洋实际应用提供了理论依据。