流延浸渍法制备Cu-CeO2-YSZ固体氧化物燃料电池阳极

通过流延浸渍法制备Cu-CeO2-YSZ阳极,采用淀粉做造孔剂,确定了多孔YSZ基体的制备工艺,主要包括造孔剂用量及流延浆料配比.并通过复合流延制备多孔YSZ支撑的多孔-YSZ/致密-YSZ复合基体,以Pt浆为阴极,通过电池放电考察了氢气条件下多孔YSZ孔隙率、Ce和Cu的浸渍条件等对Cu-CeO2-YSZ阳极性能影响.结果表明,原料中淀粉含量为65%(质量分数),1500℃烧结6 h得到多孔YSZ孔隙率可达到70%左右.采用真空顺次浸渍法制备20%Cu-10?O2-YSZ(质量分数)阳极,其电池800℃时的最大功率密度为113 mW/cm2.     

Ru-Ni-YSZ多维阳极在直接乙醇SOFC的应用研究

采用浸渍-自置换法,以Ru Cl3为添加剂,丙酮为表面活性剂,在阳极支撑SOFC的Ni-YSZ阳极上表面制备纳米Ru功能层,并制备Ru-Ni-YSZ||YSZ||Pd-Ag单电池。通过SEM,TEM,XRD对电极进行表征,发现Ru在Ni-YSZ阳极表面以及内部可以形成多维纳米花状催化层。通过测试不同沉积量和不同温度下纳米Ru层对单电池的电性能的影响。在750℃时,以乙醇为燃料,Ru沉积量为0.6%(质量分数)的燃料达到最高264 m W/cm~2。当Ru沉积量为0.4%时,燃料电池在700,750,800℃时,最大功率分别达到200、261和316 m W/cm2。在开路电压条件下,电池运行15h,没有出现下降和积碳现象。     

BaO修饰的Ni_(0.5)Cu_(0.5)O_x-YSZ阳极的制备及性能

阳极积碳会导致直接氧化甲烷型固体氧化物燃料电池(SOFCs)的性能衰减,为增加甲烷燃料中电池的稳定性,采用硬模板法与分次浸渍法制备Ba O/Ni_(0.5)Cu_(0.5)O_x包覆柱状YSZ复合阳极材料,制作单电池BaO/Ni_(0.5)Cu_(0.5)O_x-YSZ/YSZ/LSM,并进行电性能与长期稳定性测试。用SEM(扫描电子显微镜)与EDS(能谱议)对实验后的阳极结构与表面成分进行观察与分析。结果表明:在800℃的甲烷环境下,单电池的最大功率密度为323m W/cm~2;运行100h后,电压降只有2.12%。实验后的阳极SEM像表明,阳极呈立体多孔结构,有利于燃料气体与反应废气的扩散;催化金属颗粒均匀包覆着柱状YSZ,扩大了电化学反应区域。EDS能谱分析表明,有少量积碳形成,阳极孔道未被堵塞,证明了阳极结构的稳定。单电池稳定性的增强归功于立体多孔阳极的制备与碱性氧化物BaO的加入。     

SOEC电解质与氢电极的流延制备、共烧结及性能

采用流延成型技术同时制备致密固体电解质与多孔阳极半电池坯体,然后采用共烧结技术烧结出半电池.系统地研究了8YSZ陶瓷浆料与氢电极NiO/YSZ浆料的流变学特性.通过DTA和TG曲线确定了半电池的排胶工艺.用扫描电镜观察了半电池的显微结构.在800、850和900 ℃下测试了电池电解性能曲线,且在850、900和950 ℃电解模式下测试了电解质的欧姆阻抗.     

阳极支撑SOFC薄膜电解质制备与性能研究

阳极支撑SOFC具有低阻抗、高功率密度的优点,成为SOFC发展的主要方向.采用丝网印刷、浆料涂敷以及两者复合的工艺制备8 mol%Y2O3稳定ZrO2(YSZ)电解质薄膜.通过在阳极基体中加入不同比例造孔剂来调整阳极收缩率,并采用三步烧结工艺降低YSZ的烧结温度,实现二者共烧.结果表明,加入10%(质量分数.下同)的造孔剂,浆料涂敷修饰的丝网印刷工艺制备的YSZ薄膜在1300～1350℃实现了共烧,YSZ层厚度在20 μm左右,微观形貌显示了良好的致密度,晶粒尺寸在0.5～3μm;阳极支撑层中连通孔较多,有利于气体扩散.     

流延-共烧法制备掺杂氧化铈基阳极/电解质双层结构

采用甘氨酸/硝酸盐(GNP)法合成了具有较高烧结活性的Ce0.8Gd0.05Y0.15O1.9(GYDC)粉体,通过流延-共烧法制备了NiO-GYDC阳极/GYDC电解质双层结构.结果表明:GYDC电解质薄膜经过1400 ℃保温4 h后可烧结致密,说明GNP法制备的GYDC粉体的烧结活性较高;通过流延-共烧法可以成功制备外观完好、平整的NiO-GYDC/GYDC双层结构,满足SOFC的组装要求.     

含镍和铝的氧化钇稳定氧化锆复合涂层的显微组织和抗氧化性能

在甲烷气氛中,采用电泳沉积技术在尺寸为20 mm×20 mm×3 mm的Inconel600高温合金试样上制备了含镍和铝的氧化钇稳定氧化锆复合涂层,一种热障涂层。通过XRD、SEM和1 100℃氧化试验研究了甲烷气氛和镍与铝的摩尔比对复合涂层(YSZ/(Ni,Al))的微观组织和抗高温氧化性能的影响。结果表明:在甲烷气氛中1 100℃烧结2 h后,YSZ/(Ni,Al)复合涂层中形成了ZrC,能提高涂层的致密度和抗高温氧化性能; YSZ/(Ni,Al)涂层中AlNi_3相在1 100℃氧化生成Al_2O_3相,将填充涂层中的孔洞和裂纹,并促进其自愈合,从而进一步提高了涂层的抗高温氧化性能。镍与铝的摩尔比为1∶3和1∶2的YSZ/(Ni,Al)复合涂层具有良好的抗高温氧化性能。     

流延法制备的SOFC阳极及其性能

研究了以流延法成型中温平板式固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)Ni-YSZ阳极基底金属陶瓷,并成功地制备出厚度为200-500μm的该金属陶瓷基底材料.在其中添加不同种类的成孔剂以增加孔隙率.对以该流延工艺制备的素坯及复合陶瓷的性能进行了研究,其中,素坯膜的热烧结性能通过热重-差示扫描分析进行了研究;复合陶瓷基体材料的孔隙率以阿基米德排水法进行了测试;并以扫描电子显微镜观察了其微观形貌.确定了NiO-YSZ基底材料的预烧及成瓷烧结温度范围.随着烧结温度的升高,孔隙率逐渐下降.其中,有机成孔剂和无机成孔剂在造孔性能方面还存在着某些方面的差异.     

轧膜成型法制备SOFC支撑电极工艺研究

结合生产实际介绍了轧膜成型工艺制备电极支撑固体氧化物燃料电池中支撑电极的工艺过程.用此方法制备了厚度为0.8 min的NiO/YSZ阳极坯片和LSM/YSZ阴极坯片,对所得坯片进行预烧结处理,然后在其上面成型电解质薄层.添加20%(质量分数,下同)起孔剂时电极与YSZ电解质的线性收缩率最接近,共烧结容易得到平整的电极支撑半电池.复合阴极的电导性能随孔隙率的增加而下降.使用该方法制各的电极材料从微观结构、机械性能和电性能上都满足SOFC(Solid Oxide Fuel Cells)对电极材料的要求.     

MOCVD制备的Pt/C薄膜的结构与性能研究

以乙酰丙酮铂为前驱体,采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法在石英及YSZ基体上制备Pt/C薄膜,研究了Pt/C薄膜的结构和电化学性能.沉积过程中通入一定量的氧气可以大幅降低Pt/C薄膜中的含C量,含C较高的Pt/C薄膜的XRD谱线低而宽,具有非晶态衍射特征.在500℃测量温度下,以Pt/C薄膜为电极的YSZ氧气浓差电池的电动势及电流输出高于传统的Pt电极.     

负载型钴钼金属氮化物的制备及其表面化学研究

采用等体积浸渍法结合NH3程序升温氮化技术,制备了一系列γ-Al2O3负载的Co/Mo金属氮化物催化剂。利用XRD、H2-TPR-MS和H2-TPSR-MS等手段,考察了Co/Mo金属氮化物催化剂及其氧化物前驱体的结构与表面性质;探讨了活性组分不同浸渍顺序制备的单、双金属氮化物的结构与表面性质差异;以NH3分解为探针反应考察了不同催化剂的反应性能差别。结果表明,活性组分的浸渍方式对催化剂的表面性质有重要的影响,共浸渍法制备的Co/Mo双金属氮化物由于其氧化物前驱体表面形成了CoMoO4相,有利于Co3Mo3N的生成。在NH3分解反应中,共浸渍法制备的Co/Mo双金属氮化物(0.56mol.g-1.h-1)比单金属氮化物和分步浸渍法制备的双金属氮化物具有更高的催化活性。     

恒压电沉积 Pt-Ni 合金催化剂的形貌控制及其对催化剂性能的影响

目的通过对电沉积过程中基体亲水性及电解液温度参数的控制,实现对Pt-Ni催化剂的形貌及催化性能的控制。方法采用恒电压沉积技术制备Pt-Ni合金催化剂。利用5%(质量分数)Nafion对多孔碳布基体表面进行亲水修饰,并控制电解液温度,合成具有不同形貌的Pt-Ni合金催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、循环伏安(CV)、单电池极化性能等测试技术对制备的催化剂进行物理及电化学表征。结果碳布基体表面经适量的Nafion修饰后,电沉积制备的合金催化剂颗粒细小,分布均匀。当碳布基体表面修饰的Nafion含量达到0.8 mg/cm2时,催化剂单电池极化性能最佳。另外,较高电解液温度下制备得到的球状形貌具有更大的电化学活性表面积(ECSA),更高的催化活性,优于较低温下制备的"雪花"状催化剂的性能。其中,50℃下电沉积制备的Pt-Ni合金催化剂ECSA达到47.6 m2/(g Pt),单电池运行过程中最大功率密度达到77.8 m W/cm2,具有最高的催化活性。结论适量Nafion修饰后的亲水多孔碳布基体上电沉积Pt-Ni合金催化剂性能更加优越。电解液温度的控制对恒电压沉积的Pt-Ni合金表面形貌控制有重要意义。     

La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)电极应用于YSZ基对称SOFC性能研究

采用固相法合成了钙钛矿型氧化物La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)(LSCFN),并采用流延-丝印法制备了以8 mol%Y_2O_3稳定Zr O_2(YSZ)为电解质、Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)(GDC)为隔离层、LSCFN同时为阴极和阳极的对称固体氧化物燃料电池。利用X射线衍射对电极材料进行了物相及化学相容性分析,用扫描电镜表征了对称电池的微观形貌。分别以湿H_2(3%H_2O)和湿CH_4(3%H_2O)为燃料气,空气为氧化气测试了单电池的电化学性能,并在850℃湿CH_4下进行了电池的稳定性测试。结果表明:LSCFN与GDC具有良好的化学相容性。以湿H_2和湿CH_4为燃料气的单电池在850℃时最大功率密度分别为254和105 m W/cm~2。在100 h的CH_4稳定性测试中性能无明显衰减,具有良好的稳定性。     

利用PS模板制备多孔SrFe12O19薄膜的研究

本文以提拉浸渍法使用聚苯乙烯(PS)球模板制备了有序多孔结构的锶铁氧体(SrFe12O19)薄膜。将微乳液聚合法合成的PS球,通过提拉浸渍法有序地组装在硅片基板上形成PS模板;使用溶胶-凝胶法制备SrFe12O19前驱体溶胶,再采用提拉浸渍法使SrFe12O19前驱体溶胶填充PS模板的空隙,在900 ℃保温2 h去除PS球后即制得多孔SrFe12O19薄膜。重点研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的含量对PS球微观形貌,浸渍时间对PS模板以及多孔SrFe12O19薄膜微观形貌的影响,并对多孔SrFe12O19薄膜的形成机理进行了讨论,建立了相应的模型。结果表明：添加0.2 g的PVP可得到粒径均匀的PS球,且微球之间空隙明显;将硅片在PS球乳液中浸渍10 s可得到单层有序的PS模板;当PS模板在SrFe12O19前驱体溶胶中浸渍10 s时可制备出孔径约200 nm的蜂窝状多孔结构的纯SrFe12O19相薄膜,其表现出优异的硬磁性能：饱和磁化强度为27.9 emu/g,剩磁为15.5 emu/g,矫顽力为2613.4 Oe。     

不同螯合剂对镍铁催化层的结构与抗积碳性能的影响

通过热分解法制备Ni0.75Fe0.25催化层,研究了不同螯合剂(柠檬酸,乙醇酸和D-葡萄糖酸)对催化层的结构及抗积碳性能的影响。结果表明:热分解法制得的晶相为Fe Ni3相,其结构及尺寸均与螯合剂有关。氧-程序升温氧化和拉曼光谱分析表明含D-葡萄糖酸的催化层具有最佳的抗积碳能力。采用D-葡萄糖酸改性催化层制作的单电池在650℃的甲烷燃料中最大功率达289 m W·cm-2。另外,该电池在甲烷燃料中以600 m A·cm-2的电流密度下运行9 h后电压仍保持初始电压的61%,而未改性的单电池电压相同运行条件下仅余53%。     

固体氧化物燃料电池铈基电解质的研究进展

开发在中、低温下具有高电导率的电解质材料是未来发展低成本固体氧化物燃料电池（SOFC）的重要方向。掺杂氧化铈（DCO）在500~700 ℃时,具有良好的导电性能,其离子电导率远远高于同温度下氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）电解质材料,因此其成为中温SOFC电解质材料应用与研究的重点。但DCO在还原气氛下Ce4+部分还原为Ce3+,会引起电子电导增加、制造成本提高、开路电压降低等问题。针对这些问题,大量研究通过稀土或碱金属掺杂、电解质复合进行了探索,发现掺杂和多相电解质复合有助于提高DCO的离子电导率和稳定性。在概述锆基固体电解质、Bi2O3基电解质、LaGaO3基氧化物、CeO2基氧化物等SOFC电解质的基础上,重点综述了单掺杂、双掺杂和多掺杂的氧化铈电解质,同时综述了掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质和两种电解质复合的电解质材料的研究进展。另外,介绍了流延、丝网印刷、浆料涂覆、电泳沉积、喷雾热解、溅射、大气等离子喷涂、激光脉冲沉积等制膜方法,在铈基电解质膜制备方面的应用。最后,对铈基电解质的发展前景和方向进行了展望。     

渗铝铌合金的微弧氧化及热腐蚀性能

为了优化渗铝铌合金的微弧氧化工艺和了解复合涂层的抗热腐蚀性能,利用粉末包埋渗法在铌合金基体上制备渗铝层,再通过调整微弧氧化电参数以及添加剂Y(NO_3)_3的含量获得Al_2O_3陶瓷膜外层,确定最佳工艺参数。以最佳工艺制备复合涂层(MAO-Y/Al/C103),与不含Y(NO_3)_3制备的MAO/Al/C103进行对比,研究其抗热腐蚀性。结果表明:以微弧氧化膜层的硬度和厚度为主要评价指标,获得最佳参数为电压380 V,频率400 Hz,占空比10%,处理时间30 min。添加Y(NO_3)_3可获得均匀规则的多孔形貌;含与不含Y(NO_3)_3制备的试样相结构一致,都由NbAl_3和γ-Al_2O_3相组成。经900℃混合熔融盐中热腐蚀50 h,MAO/Al/C103和MAO-Y/Al/C103试样都生成Al_2O_3和NaNbO_3相,其热腐蚀增重量分别为55.71 mg/cm~2和45.59 mg/cm~2。MAO-Y/Al/C103试样由于在热腐蚀阶段有更多的NaNbO_3生成以及微弧氧化微孔大幅减小,表现出更优异的抗热腐性。     

钴氮共掺杂TiO2薄膜的制备及其光电化学性质

采用溶胶-凝胶法分别制备未掺杂和钴掺杂TiO2溶胶，室温下将其分别与三乙胺反应制得氮掺杂和（Co，N）共掺杂的TiO2溶胶，然后通过浸渍-提拉法在钛片上成膜，经烧结获得掺杂光电极。采用XRD、SEM、XPS和紫外-可见光谱和光电流作用谱等对电极进行表征，并探讨其光电响应机理。结果表明：TiO2共掺杂后并未引起TiO2能带边缘位置发生明显改变，N主要以NOx形式掺杂；（Co，N）共掺杂TiO2薄膜电极的可见光电响应比单掺杂的高，这主要归因于共掺杂TiO2薄膜电极的比表面积增大、光吸收性能改善、界面电荷转移速率提高以及共掺杂元素的协同作用等。     

掺杂Co(OH)_2对超级电容器正极材料Ni(OH)_2性能的影响

采用电化学共沉积法在泡沫镍基体上制备了掺杂Co(OH)2的纳米级Ni(OH)2电极。采用XRD、SEM、EDS等分析表征了电极材料的晶体结构、成分和形貌;采用恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等方法测试了其电化学性能。结果表明,电化学共沉积法可以制备定量掺杂Co(OH)2的α-Ni(OH)2,该电极材料具有三维纳米花状结构;适当掺杂Co(OH)2的α-Ni(OH)2可以显著提高电极的比容量和循环性能,还提高了放电电位和氧气析出过电位,同时提高了其质子扩散系数和降低了扩散阻抗。     

不同过渡层对DLC薄膜力学性能和摩擦学性能的影响

薄膜与基体间的界面结合性能是决定薄膜性能发挥的关键要素。针对类金刚石薄膜(DLC)在硬质合金上结合力差的问题,采用线性阳极离子束复合磁控溅射技术在硬质合金YG8基体上设计制备了单层W过渡层、WC过渡层、双层W过渡层和三层W过渡层4种不同W过渡层的DLC薄膜,探讨了不同过渡层对DLC薄膜力学和摩擦学性能的影响。结果表明:不同过渡层结构的DLC薄膜结构致密,界面柱状生长随着层数增加及过渡层厚度的降低而打断,有利于改善薄膜的韧性。当为三层W过渡层时,DLC薄膜的断裂韧性达到最大值6.44 MPa·m1/2;与单层W过渡层相比,薄膜硬度有小幅下降,但薄膜内应力降低了55%,且膜/基匹配性更佳,结合强度高达85N,此时薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率,表现出比较优异的抗磨减摩性能。