孔隙率对SFN-LSGM作为SOEC阴极的性能影响

选择具有双钙钛矿结构的Sr_2Fe Nb O_6(SFN)及La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)材料混合作为固体氧化物电解池(SOEC)的阴极,在SFN-LSGM中掺杂不同比例的淀粉,经过干压成型并在1400℃下烧结后得到测试样。利用真实密度仪及阿基米德法测定了样品的孔隙率;利用热分析仪测定了不同孔隙率的样品在35~1400℃条件下的热膨胀系数,研究该材料与常用SOEC电解质材料La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)的热匹配性能;之后利用电化学工作站测试了该材料在纯氢气气氛下电导率与孔隙率的关系。结果表明,样品孔隙率与淀粉掺杂量成正比,孔隙率对该材料热膨胀系数影响不大,且该材料与LSGM电解池热匹配性能良好。另外,当样品孔隙率增加时,该材料在850℃纯氢气气氛下的电导率在18%孔隙率时达到最大值。     

Preparation and Performance of Sm1-xCaxCrO3-δ as New Interconnect Materials for IT-SOFC

为了探索适用于中温固体氧化物燃料电池的连接材料,采用柠檬酸法制备了Sm1-xCaxCrO3-δ(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)粉体,研究了Ca2+掺杂对材料烧结性能、电性能和热膨胀性能等的影响。实验结果表明,Sm0.7Ca0.3CrO3-δ材料在空气中700℃时电导率为29.8 S·cm-1,氢气气氛中600°C时为1.68 S·cm-1。在30~1000℃温度范围内随着Ca2+掺杂量从0.1增加到0.4,平均热膨胀系数(TECs)值从7.34×10–6增大到8.05×10-6 K-1,与其它常用固体氧化物燃料电池材料热匹配性良好。     

中温固体氧化物燃料电池连接材料Sm_(1-x)Ca_xCrO_(3-δ)的制备及性能研究（英文）

为了探索适用于中温固体氧化物燃料电池的连接材料,采用柠檬酸法制备了Sm1-xCaxCrO3-δ(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)粉体,研究了Ca2+掺杂对材料烧结性能、电性能和热膨胀性能等的影响。实验结果表明,Sm0.7Ca0.3CrO3-δ材料在空气中700℃时电导率为29.8 S·cm-1,氢气气氛中600°C时为1.68 S·cm-1。在30~1000℃温度范围内随着Ca2+掺杂量从0.1增加到0.4,平均热膨胀系数(TECs)值从7.34×10–6增大到8.05×10-6 K-1,与其它常用固体氧化物燃料电池材料热匹配性良好。     

La1.0Sr1.0FeO4+δ-Sm0.2Ce0.8O1.9中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备和电化学性能（英文）

利用甘氨酸-硝酸盐燃烧法合成La1.0Sr1.0FeO4+δ(LSF1010)钙钛矿材料。XRD结果表明,材料具有K2NiF4层状结构。制备La1.0Sr1.0FeO4+δ-Sm0.2Ce0.8O1.9(LSF1010-SDC)复合材料,并考察了它们作为中温固体氧化物燃料电池的阴极性能。XRD结果表明:经1000℃烧结,La1.0Sr1.0FeO4+δ和SDC之间没有化滨反应发生。就LSF1010-30%SDC电极而言,SEM结果显示经1000℃烧结2h可以得到较好的电极微观结构,电极和电解质之间可以形成较好的接触。和纯LSF1010电极相比,LSF1010-SDC复合电极表现出了较好的阴极性能。尤其是LSF1010-30%SDC电极对氧还原反应拥有最好的催化活性。700℃时,在SDC电解质上,LSF1010-30%SDC电极的极化电阻为0.80Ω·cm2,和纯LSF1010电极相比,极化电阻差不多降低了5倍,在150m A·cm-2极化电流作用下,阴极过电势为?86mV。     

SOEC多层复合阳极的制备及性能研究

采用共沉淀-共沸蒸馏法合成锶掺杂的锰酸镧(LSM)粉体,在此基础上制备了LSM与钇稳定的氧化锆(YSZ)的复合材料,并研究了该材料应用于固体氧化物电解池(SOEC)阳极的性能.通过XRD、TEM、SEM等手段分析了该材料的化学稳定性及微观结构.通过动电位扫描以及电化学阻抗谱(EIS)研究了该阳极材料的电化学性能.TEM分析显示共沉淀-共沸蒸馏法在减小粉体粒径方面要优于传统的共沉淀方法.SEM结果显示经过1200 ℃,2 h的烧结后,复合阳极与电解质结合紧密,阳极材料内部孔隙均匀,YSZ与LSM两相各自形成连通的网络结构.对不同组成和不同结构的阳极复合材料的电化学性能进行了测试,结果显示多层的阳极结构增加了三相界面(TPB)的长度.     

铬基合金连接体材料在固体氧化物燃料电池中的应用

主要介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的铬(Cr)基合金连接体材料的发展现状.Cr基合金具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性和导电性能等,是目前连接体材料中的研究热点之一.在SOFC阴极环境中,容易形成氧化层,同时由于Cr的扩散和挥发还可能导致阴极中毒,合金中掺杂稀土元素(Y、La、Ce和Zr)可以抑制Cr2O3层的生成.在阳极环境中,Cr基合金的表现优于阴极.与Al2O3、NiO、MgO和TiO2等相比,Cr2O3基氧化层具有较好的综合性能,其耐高温(1100 ℃)、热膨胀系数(9.6×10-6K-1)和YSZ电解质(10.8×10-6K-1)相近、且具有较好的导电性.目前,Cr基合金的研究重点是氧化物弥散强化(ODS)合金,使用最多的是Cr5Fe1Y2O3,其热膨胀系数为9×10-6K-1～10×10-6K-1(1000 ℃),抗氧化性能较好.     

熔渗法制备固体氧化燃料电池LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)基纳米复合阴极在开路条件下的铬中毒（英文）

利用甘氨酸-硝酸盐方法合成LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)(LNF)粉末,采用LNF多孔主干熔渗法制备掺杂二氧化铈LNF-钆(GDC)固体氧化燃料电池纳米复合阴极。研究了LNF-GDC纳米复合阴极的电化学性能和铬中毒行为。当甘氨酸和硝酸盐的摩尔比为1:1时可得到单相钙钛矿LNF。与LNF相比,LNF-GDC纳米复合阴极的极化阻抗显著降低,这与增强的催化活性和增大的三相边界长度有关。另外,在开路条件下,纳米复合阴极有较好的铬容限。在中温固体氧化燃料电池中,LNF-GDC纳米复合阴极有望成为一种颇具潜力的阴极材料。     

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。     

固体氧化物燃料电池金属连接体防护涂层研究进展

铁素体不锈钢因具有良好的耐腐蚀性、高电导率、高热导率等诸多优异性能,是常用的中低温固体氧化物燃料电池（SOFC）用连接体材料,但是含Cr不锈钢在600～800℃的SOFC工作温度下存在高温氧化带来的界面电阻增大、Cr元素毒化阴极等问题。从连接体材料、防护涂层种类及其制备方法出发,简述了金属连接体材料的选择和Cr毒化阴极机理,重点阐述了活性元素氧化物涂层、稀土钙钛矿涂层以及尖晶石涂层对连接体的保护作用和近些年新的研究进展,并归纳了SOFC金属连接体表面涂层常用的制备方法和特点。介绍了稀土元素氧化物涂层对合金氧化膜的影响机制和应用局限性。总结了La_1–xSr_xCrO₃、La_1–xSr_xCoO₃、La_1–xSr_xMnO₃等常用钙钛矿涂层的优势和不足,并分析了掺杂对钙钛矿涂层性能的影响。重点综述了过渡金属元素掺杂、稀土元素掺杂对Mn-Co、Cu-Mn尖晶石涂层电导率、热膨胀系数匹配性、涂层结合情况等...     

中温SOFC复合阴极材料的制备及性能

在La0.7Sr0.3Co0.95Cu0.05O3-δ中掺入不同比例的Ce0.8Sm0.2O1.9制成中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)复合阴极材料,对其进行晶体结构表征和高温电导率、热膨胀系数和阴极过电位测试.结果表明,Ce0.8Sm0.2O1.9的掺入不但有效地降低了La0.7Sr0.3Co0.95Cu0.05O3-δ阴极材料的热膨胀系数,而且Ce0.8Sm0.2O1.9掺入量为10%(质量分数,下同)的样品,其电导率高于La0.7Sr0.3Co0.95Cu0.05O3-δ,并且它在相同过电位下其阴极电流密度也大于其他样品.以其为阴极的SOFC单电池,在850 ℃最大短路电流密度达511 mA/cm2,最大输出功率密度为106 mW/cm2.     

新型稀土锆酸盐材料研究进展

稀土锆酸盐是高温热障涂层与高温固体电解质的候选材料之一,通式为Ln2Zr2O7（Ln为稀土元素）,具有烧绿石结构或缺陷型萤石结构;具有高熔点、低热导率、高热膨胀系数、高化学稳定性、相对低的传导温度、优良的离子导电性能和高辐射稳定性等特点,在诸多领域得到广泛应用。综述了目前国内外稀土锆酸盐材料的热物理性能、电学性能和力学性能方面的最新研究进展,展望了未来稀土锆酸盐材料在热障氧化物材料和固体氧化物燃料电池电解质方面的应用前景。     

微波辅助溶胶凝胶法合成La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3阴极材料及性能研究

使用一种新的理想方法--微波辅助溶胶凝胶法,在35 min内快速制备了钙钛矿结构的La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3(LSCF)纳米材料;以8%Y2O3稳定化的ZrO2(YSZ)为电解质,La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3为阴极,铂电极为阳极,制备了LSCF/YSZ/Pt固体氧化物电池.采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、BET和电化学阻抗谱(EIS)等技术研究了La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3材料的成相过程、粉晶结构、电极/电解质微观相貌和电池电化学性能.结果发现经过1 min的微波辐射,凝胶开始分解,3 min后有钙钛矿相生成,到35 min时形成了完整的钙钛矿晶相,相应粉体的粒径和比表面积分别为22.7 nm和38.9 m2/g;在1094 K,0 mV偏置电压下电极/电解质界面电阻为0.775 Ω·cm2,活化能为2.34 eV.研究发现,偏置电压越大则活化能越低.     

Microstructure and Electrochemical Behavior of La0.8Sr0.2MnO3 Deposited by Solution Precursor Plasma Spraying

采用液料等离子喷涂方法(SPPS)制备固体氧化物燃料电池多孔La0.8Sr0.2MnO3(LSM)阴极。用SEM观察LSM的微结构,用XRD研究其相结构。考察了喷涂距离和热处理温度对LSM微结构的影响规律。结果表明,SPPSLSM在1050℃热处理2h后形成连续的具有微纳介孔结构的涂层,且LSM具有单一的钙钛矿结构。利用电化学交流阻抗谱方法研究了LSM极化行为。微结构对极化性能有显著影响,1000℃时,LSM在喷涂距离为60mm时具有最佳的电化学性能,阴极极化电阻约为0.3Ω·cm2。通过工艺的控制,SPPS可以实现SOFC阴极相和微结构的优化。     

先进陶瓷涂层结构调控及其在固体氧化物燃料电池中的应用

等离子喷涂技术可以对陶瓷涂层的微观结构进行调控设计,因此在制备固体氧化物燃料电池方面具有独特的优势。基于等离子喷涂方法,可以直接制备或经过后处理获得致密的电解质涂层。采用等离子喷涂技术也可以制备高性能的多孔阳极和阴极,并可对钙钛矿结构阴极材料的成分和晶体结构进行调控。文中介绍了目前国内外采用涂层制备电池的方法,主要探讨了热喷涂方法制备电解质涂层的特点,对存在的问题和可行思路进行了讨论,并探讨了基于提高三相反应界面长度来制备高性能电极的方法。由于固体氧化物燃料全电池各功能层都有可能通过热喷涂方法制备,因此该方法在固体氧化物燃料电池结构设计具有巨大的潜力。     

Ca掺杂LNF阴极材料的制备与电化学性能改善

近年来,LaNi0.6Fe0.4O3-δ阴极材料在金属连接体下具有优异的抗铬毒化性能备受关注,但其电化学性能相对较低。本文通过Ca2+掺杂LaNi0.6Fe0.4O3-δ（LNF）阴极材料改善电化学性能,实验采用甘氨酸燃烧法制备La1-xCaxNi0.6Fe0.4O3-δ（LCNF）阴极材料,Ca2+掺杂量分别为0.05、0.10、0.15、0.20。应用X-Ray衍射表征材料的物相组成,SEM观察阴极材料的微观结构,XPS分析阴极材料表面元素的化学形态,电化学交流阻抗谱技术分析阴极材料的电化学活性。结果表明,LCNF阴极材料随着Ca2+掺杂量的增加,氧还原反应活化能减小,这一现象与DRT（弛豫时间分布）分析结果相吻合。LCNF(x=0.20)阴极材料在750℃具有最小的极化阻抗（0.88Ωcm2）,与LNF阴极材料相比表现出更加优异的氧催化活性,使LCNF阴极材料在IT-SOFC具有更加广阔的应用前景。     

固体氧化物燃料电池的研究进展

回顾了固体氧化物燃料电池的发展历史以及目前发展状况。介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理以及作为燃料电池的阳极、阴极、电解质和连接材料的选择依据。评述了分别应用于阳极、阴极、电解质以及连接材料的材料目前的研究状况和面临的一些问题。最后提出了固体氧化物燃料电池能够得以应用必须解决的一些瓶颈因素。     

铬基合金连接体材料在固体氧化物燃料电池中的应用

主要介绍了固体氧化物燃料电池（SOFC）的铬（Cr）基合金连接体材料的发展现状。Cr基合金具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性和导电性能等，是目前连接体材料中的研究热点之一。在SOFC阴极环境中，容易形成氧化层，同时由于Cr的扩散和挥发还可能导致阴极中毒，合金中掺杂稀土元素（Y、La、Ce和Zr）可以抑制Cr2O3层的生成。在阳极环境中，Cr基合金的表现优于阴极。与Al2O3、NiO、MgO和TiO2等相比，Cr2O3基氧化层具有较好的综合性能，其耐高温（1100℃）、热膨胀系数（9．6×10^-6K^-1）和YSZ电解质（10．8×10^6K^-1）相近、且具有较好的导电性。目前，Cr基合金的研究重点是氧化物弥散强化（ODS）合金，使用最多的是Cr5FelY2O3，其热膨胀系数为9×10^-6K^-1～10×10^-6K^-1（1000 ℃），抗氧化性能较好。     

Zn掺杂对YCrO3基连接材料低温烧结和电导性能的影响

YCrO3基固体氧化物燃料电池(SOFC)连接材料与LaCrO3基连接材料相比具有更高的化学稳定性,但却难以在空气中致密化烧结.利用溶胶-凝胶工艺在Y0.8Se0.2CrO3-δ的B位掺杂10 mol％的Zn制备Y0.8Sr0.2Cr0.9Zn01O3-δ高活性粉体,在1400℃空气中烧结获得了96.6％的高致密度,并且仍然保持单一正交钙钛矿相结构,远高于同条件下Y0.8 Sr0.2 CrO3-δ的76.4％的烧结致密度.Y08Sr02Cr09Zn01O3-δ烧结样品遵从小极子导电机理,850℃空气中的电导率达到3.7 S·cm-1;热膨胀系数为9.4×10-6K-1,与YSZ相接近,表明Y08Sr02Cr0.9Zn01O3-δ是一种稳定易烧结的适合YSZ基SOFC的新型陶瓷连接材料.     

1673K下SiO_2-CaO-MgO-Al_2O_3熔渣中Ni~(2+)的电化学行为

利用Mg O部分稳定的Zr O2固体电解质管集成构建Pt,O2(air)|Zr O2作参比电极的可控氧流电解池,采用循环伏安、方波伏安、计时电位、恒电位电解等电化学测试技术研究了1673 K高温下Si O2-Ca O-Mg O-Al2O3熔渣中Ni2+的电化学行为.结果表明,O2-在熔渣中的扩散和在Zr O2固体电解质内的电迁移不是熔渣中电活性物质还原的限制性环节,在本实验条件下利用构建的可控氧流电解池研究熔渣中Ni2+的电化学行为是可行的.熔渣中Ni2+在Ir电极上还原到Ni是受扩散控制的一步还原的可逆过程,利用循环伏安和计时电位测试技术所得数据计算得出了含有3%Ni O的熔渣中Ni2+的扩散系数分别为(3.50±0.18)×10-6和(2.80±0.22)×10-6cm2/s,与相关文献结果基本吻合.     

高温电解水蒸气制氢用SOEC微晶玻璃密封材料制备

与高温气冷核反应堆耦合下的高温固体氧化物燃料电解池(SOEC)电解水蒸汽制氢是目前已知效率最高最先进的制氢技术之一,是有效利用核能的一种途径,因此是当前国际能源环保领域的热点课题和首选方案.此方法需要在高温下长期运行,且在系统开启和检修等运行环节中必然会遇到热循环和热疲劳,因此需要高性能的密封材料.选择Ba-Ca-Si-Al-B-La-O体系微晶玻璃作为研究对象,研究其制备和热处理析晶工艺.研究发现通过两步析晶法,获得了整体均匀析晶的微晶玻璃密封材料,在工作温度下热膨胀系数可达到11.5×10~(-6) K~(-1),可与电解质、连接体等材料形成热匹配.该材料的软化温度约为763 ℃,在SOEC堆的工作温度下可实现密封.