微波合成固体氧化物燃料电池阴极材料La1-xSrxMnO3的研究

采用微波技术合成了固体氧化物燃料电池阴极材料La1-xSrxMnO3样品，分别选择x=0.1,0.2,0.3,0.4和0.5合成了La0.9Sr0.1MnO3,La0.8Sr0.2Mn3,La0.7Sr0.3MnO3,La0.6Sr0.4MnO3和La0.5Sr0.5MnO3，用X射线衍射分析检测了样品的结构与组成，用电子扫描电镜考查了样品的形貌和粒度，电导率测量结果表明，样品的组成和烧结温度影响电导率。在系列样品中，组成为La0.7Sr0.3MnO3电导率最高；烧结温度1200℃和1300℃相比较，1300℃烧结后样品的电导率大幅度提高。     

固体氧化物燃料电池阴极材料La1-xSrxMnO3的制备方法

固体氧化物燃料电池是目前最成熟、最有发展潜力的燃料电池,具有广泛的应用前景。文章综述了该电池阴极材料La1-xSrxMnO3的制备方法,比较了各种制备方法的优缺点,介绍了一种新型的制备方法—自蔓延高温合成法的研究进展。指出:自蔓延高温合成法能显著缩短阴极材料的制备周期和减少能耗,从而能降低其制造成本、促进其实用化和产业化。     

阴极材料La0.7Sr0.2Ca0.1Co1-yFeyO3-δ的微波烧结法制备及性能

以碳酸盐和氧化物为原料,采用微波固相烧结法制备了La0.7Sr0.2Ca0.1Co1-yFeyO3-δ(简称:LSCCF,y=0.1,0.2,和0.4)粉料.借助差示扫描量热-热重分析 (DSC-TG) 、X 射线衍射分析(XRD) 和扫描电子显微镜( SEM) 对LSCCF 粉料的形成过程、晶体结构和粒度形貌进行了研究.实验结果表明, LSCCF粉料的形成过程分为3个阶段--反应原料的变化阶段、LaCoO3 基氧化物形成阶段和LSCCF固溶体形成阶段;适宜热处理制度为1 200 ℃下保温30 min,且制备出的LSCCF粉料为均一的钙钛矿结构.使用直流四极探针法测定了LSCCF样品在空气气氛下的电导率,发现该体系材料的电导率随着烧结温度的升高和Fe2 含量的减少而变大,在500～800 ℃范围内,大于500 S/cm,高于固相合成法的电导率最大值100 S/cm.LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质的混合物在800 ℃下烧结10 h后没有新相生成,表明LSCCF 粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质具有良好的化学相容性.     

用SHS法合成SOFC阴极材料La1-xSrxMnO3

采用自蔓延高温合成技术（SHS）制备固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料La1-xSrxMnO3（LSM）; 研究成形压力、稀释剂添加量等参数对反应过程及合成产物性能的影响; 采用XRD、ICP研究SHS法合成LSM的物相和晶型结构. 结果表明： 自蔓延高温合成产物为钙钛矿结构菱方晶系La1-xSrxMnO3, Sr含量的变化引起合成产物特征峰的位置和半峰宽变化; 随着Sr含量的增加, 合成的LSM粉末粒度变细, 晶格常数a和c减小.     

固体氧化物燃料电池阴极材料La1-xSrxMnO3的制备方法

固体氧化物燃料电池是目前最成熟、最有发展潜力的燃料电池,具有广泛的应用前景.文章综述了该电池阴极材料La1-xSrxMnO3的制备方法,比较了各种制备方法的优缺点,介绍了一种新型的制备方法-自蔓延高温合成法的研究进展.指出自蔓延高温合成法能显著缩短阴极材料的制备周期和减少能耗,从而能降低其制造成本、促进其实用化和产业化.     

中温固体氧化物燃料电池La1-xBaxFeO3-δ阴极材料的制备及性能表征

采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La_1-xBa_xFeO_3-δ(LBF)(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)。通过X射线衍射(XRD)、直流四端引线法和热膨胀仪分别对LBF的晶体结构、电导率和热膨胀系数进行了研究,分析了Ba掺杂量对材料性能的影响。同时制备了电解质Gd_0.1Ce_0.9O_2-δ(GDC),构建对称电池LBF/GDC/LBF并进行了电化学性能测试,用扫描电子显微镜观察(SEM)对称电池的断面微结构,交流阻抗谱测试极化阻抗。结果表明,合成的阴极材料LBF均为钙钛矿结构,A位Ba掺杂提高了材料的电导率,同时增大了材料的热膨胀系数,改善了阴极材料与电解质GDC的热膨胀匹配性。SEM结果显示对称电池具有理想的微观结构,阴极与电解质之间的界面展现出良好的烧结结合;电化学交流阻抗分析结果表明,A位Ba掺杂可以降低阴极的极化电阻,当Ba²⁺掺杂量为x=0.4时,LBF-0.4具有最小的极化电...     

尿素燃烧法合成La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ及其性能表征

采用尿素燃烧法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ粉体.分别利用TG-DSC、XRD和SEM对产物的形成过程、晶体结构和显微形貌进行了研究.结果表明,La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ粉体的主晶相为钙钛矿结构,个别试样伴有少量杂峰.采用直流四端子法测试了烧结后试样在500℃～800℃范围内的电导率,实验结果表明,y=0时,样品的电导率最大,且随温度升高而单调下降呈金属型导电;其它样品(y=0.20,0.25,0.30,0.35,0.40)的电导率随温度升高而增大,符合小极化子导电机制;在测试温度范围内,材料的电导率均大于400S/cm.     

La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ阳极材料的固相合成及导电性能研究

采用固相法制备固体中温氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ(LSCM), 用X射线衍射(XRD)分析了LSCM材料中钙钛矿相的形成过程, 直流四探针对合成材料的导电性能进行了研究, 碘量法测定了材料中的非化学计量值. 结果表明: 固相法制备所得到的产物分别在1250和1350 ℃下烧结15 h都能得到单一的钙钛矿相;对LSCM样品导电性能研究表明, 其电导率随温度的升高而增加, 在850 ℃时空气气氛下的电导率可达22.04 S·cm-1;LSCM系列材料的电导率随着氧的非化学计量值的增加而提高. 用丝网印刷方式, 制备以LSCM为阳极, La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ(LSGM)为电解质, La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ(LSCF)为阴极的单电池, 并对其性能进行测试, 最大功率输出密度约100 mW·cm-2.     

La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ的柠檬酸盐法制备和性能

采用柠檬酸盐法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ(LSCCF,x=0.05,0.1,0.15和0.2)粉料.TG-DSC分析表明,凝胶在320℃～558℃分解为相应的氧化物.XRD测试表明产物前躯体在800℃下热处理3h就可制备出具有畸变钙钛矿结构的LSCCF粉料.电导率测试表明,随着烧结温度的升高和Sr2+含量的增加,样品电导率变大,其导电活化能变小.在600℃～800℃范围内,LSCCF样品的电导率为102S/cm～103S/cm,能够满足中温固体氧化物燃料电池阴极材料的要求.LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质在800℃下烧结10h后没有新相生成,表明LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质具有良好的化学相容性.     

Characterization of A-site excessive perovskite La0.7-xSmx＋0.02Ca0.3CrO3-δ

La0.7-xSmx+0.02Ca0.3CrO3-δ(0≤x≤0.4) powders with A-site excessive perovskite structure were synthesized by auto-ignition process and characterized. X-ray diffraction (XRD) patterns of samples after sintering at 1400℃ for 4 h were indexed as tetragonal structure. The relative densities were all above 96% although decreased slightly with the increasing content of samarium, indicating that the excessive A-site element was helpful to enhance their sinterability. Conductivities of the specimens in air increased with increasing content of samar-ium. The conductivity of La0.6Sm0.12Ca0.3CrO3-δ was 33.6 S/cm in air at 700 ℃ which was about 1.7 times as high as that of La0.7Ca0.3CrO3-δ (20.1 S/cm). Average thermal expansion coefficients (TECS) of the specimens increased from 11.06×10-6 to 12.72×10-6 K-1 when x in-creased from 0 to 0.4, and they were close to that of Y doped ZrO2 (YSZ). La0.7-xSmx+0.02Ca0.3CrO<3-δ>(0.1≤x≤0.3) were good choices for in-termediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) interconnect materials.     

稀土基固体氧化物燃料电池阴极材料的制备及应用研究进展

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell, SOFC)是一种将化学能直接转化为电能的全固态电化学能量转化装置。阴极材料作为SOFC的重要组成部分,阴极材料显著影响着SOFC工作效率。稀土元素因具有独特的电子结构和氧化还原特性,被广泛的应用到SOFC阴极材料,以提升其性能,因此成为研究的热点。本文总结了稀土基SOFC阴极材料的制备方法及其应用研究进展,并展望了稀土基SOFC阴极材料未来的发展前景。     

不同方法制备PrNi0.5Co0.5O3-δ阴极的性能对比研究

采用固相反应法和乙二胺四乙酸-柠檬酸（EDTA-CA）联合络合法分别合成了PrNi0.5Co0.5O3-δ (PNC)材料,用于质子导体固体氧化物燃料电池（H-SOFCs）的阴极。通过X射线衍射（XRD）研究了材料在不同煅烧条件后的相结构,通过比表面积及孔径分析仪（BET）研究材料的比表面积和孔结构,用扫描电子显微镜（SEM）观察了材料的微观结构,通过能量色散X射线谱仪（EDS）分析材料的元素分布,通过电化学阻抗谱（EIS）分析了材料作为H-SOFCs阴极使用时的极化电阻。结果表明,通过EDTA-CA联合络合法制备的粉体相结构更加稳定,且元素分布也更加均匀。EIS分析结果表明,通过两种方法制备的阴极材料在BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ(BZCYYb)电解质上的氧还原过程活化能相近,但通过EDTA-CA联合络合法制备的阴极具有更低的极化电阻,500℃时对称电池上的极化电阻降低68%。     

固体氧化物电解池La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.503-δ-Ce0.8Gd0.2O2-δ梯度型复合阴极制备及性能研究

在氧化和还原条件下具有稳定结构的La0.75Sr0.25Cr0.5Mn05O3-δ(LSCM)钙钛矿型氧化物是固体氧化物电解池(SOEC)高温水蒸气电解的重要阴极材料之一.为改进LSCM基阴极的催化活性,优化电极反应的三相界面,本研究通过LSCM与Ce08Gd0.2O2-δ(GDC)按照不同摩尔比组合成3层结构的梯度型...     

溶胶凝胶-自燃烧法制备Ce_(0.8)Y_(0.18)Fe_(0.02)O_(1.9)电解质材料及其性能研究

采用溶胶凝胶-自燃烧法合成了Ce0.8Y0.18Fe0.02O1.9纳米粉体,通过热重、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和交流阻抗谱等方法对试样进行研究。研究结果表明,采用溶胶凝胶-自燃烧法可直接合成纯相的具有立方萤石结构的固溶体Ce0.8Y0.18Fe0.02O1.9;合成粉体的平均粒径为10 nm~20 nm,具有高的烧结活性,在1400℃的烧结温度下,陶瓷样品的相对密度可达到97%;Ce0.8Y0.18Fe0.02O1.9电解质的离子导电性能良好,在600℃和800℃测试温度下,其电导率分别达到12.38 mS/cm和46.81 mS/cm。     

Ce0.8Sm0.1Gd0.1O1.9电解质的制备及其性能研究

采用共沉淀法合成了Sm、Gd共掺杂CeO2的Ce0.8Sm0.1Gd0.1O1.9（SGC）电解质粉末。研究了工艺条件等对粉末的相组成、结构、颗粒大小的影响。并对SGC烧结体的性能进行了研究。实验结果表明,共沉淀法成功制备出的SGC电解质粉末有良好的烧结性,1 400℃下得到的SGC烧结体的相对密度大于93%。电性能测试表明烧结体在中温范围内具有较高的氧离子电导率。     

Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/30%Ce0.9Gd0.1O1.95复合阴极的制备及性能研究

采用固相反应法制备了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ(SGSC),用溶胶-凝胶法制备了Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)电解质粉体。用X射线衍射仪、热膨胀仪及交流阻抗谱法分别对SGSC材料的结构、化学稳定性、热膨胀性质及SGSC/30%GDC阴极的电化学性能进行了研究。结果表明,经1100℃焙烧6 h的SGSC粉体均形成单相正交钙钛矿结构,SGSC与GDC电解质在高温下具有良好的化学相容性。随着Gd3+含量的增加,材料的热膨胀系数无规律性变化,极化电阻先减小后增加,在x=0.15时,以SGSC/30%GDC为复合阴极的极化电阻最小,750℃时,Rp=0.03Ω.cm2。     

La0.9Sr0.1MnO3微波合成和晶格热膨胀系数的研究

采用微波法合成固体氧化物燃料电池负极材料La0.9Sr0.1MnO3,并用动态高温粉末X射线衍射技术,对微波合成的产物La0.9Sr0.1MnO3从室温到1200℃之间的晶格热膨胀系数进行了测定。实验结果表明:在测试温度范围内,La0.9Sr0.1MnO3的晶格膨胀系数与温度呈线性关系。微波法合成的La0.9Sr0.1MnO3的晶格热膨胀系数为:△a/a0△T=8.9×10-6/℃、△c/c0△T=11.2×10-6/℃和△V/V0△T=29.3×10-6/℃。在实验温度区间内未发现样品有明显的相变或结构转变现象。     

固体氧化物燃料电池Ln0.5Sr0.5CoO3薄膜阴极材料电学性能研究

采用离子束溅射法在YSZ(110)衬底上制备Ln0.5Sr0.5CoO3(Ln=La,Pr)钙钛矿多晶薄膜,研究了载流子浓度、迁移率与温度的关系,分析了A位置稀土离子半径rA3+对电导率的影响.结果表明,在375K～667K温度范围内,La0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度由4.76×1027/m3升高到9.43×1027/m3,迁移率由0.21cm2/Vs升高到0.218cm2/Vs;Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度由0.58×1027/m3升高到7.9×1027/m3,迁移率由0.0853cm2/Vs升高到0.172cm2/Vs.Ln0.5Sr0.5CoO3薄膜的霍尔系数激活能EH与电导激活能Eα的比值近似为2/3,符合Emin和Holstein的小极化子绝热区域导电理论.     

Sm0.5-x Gdx Sr0.5CoO3-δ阴极材料的制备及其性能表征

采用固相法制备了钙钛矿型氧化物Sm0.5-xCdxSr0.5CoO3-δ(x =0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)粉体.利用XRD分析材料的物相组成,用热膨胀仪测定了材料的热膨胀系数.利用交流阻抗法测试了Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的极化电阻.结果表明,粉体在1200℃热处理6h后形成正交钙钛矿型结构;从室温到800℃范围内,材料的平均热膨胀系数TEC为11.43×10-6℃-1～14.35×10-6℃-1,掺杂Gd3+以后Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ样品的热膨胀系数比Sm0.5Sr0.5 CoO3-δ样品的热膨胀系数略有增加.800℃时,复合阴极的极化电阻随x的增大先减小后增大,在x=0.1时,最小为0.05Ω;所有样品的极化电阻随测试温度的升高而降低.     

新型SOFC阳极材料La0.7Sr0.3Cr0.5-yMn0.5-zCo(y+z)O3的制备和性能表征

采用了甘氨酸-硝酸盐法制备了La0.7Sr0.3Cr0.5-yMn0.5-zCo（y＋z）O3（y,z=0.1,0.2）系列阳极材料。借助XRD,SEM对所制备的材料进行了物相和形貌分析。XRD表明利用GNP法制得的粉体在1350℃烧结5h可以形成完整的钙钛矿相;SEM分析可知所得物料颗粒呈球状,尺寸约为1μm,且没有团聚现象。同时,XRD显示La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.4Co0.1O3和La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3电解质之间具有较好的化学相容性。采用直流四探针法测试了不同组成材料在250～800℃温度范围内在空气中的电导率,发现该系列材料在该温度段范围符合小极化子导电机制。另外,利用直流四探针法测试了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.4Co0.1O3在不同还原气氛下的电导率,在CH4和H2气氛中,La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.4Co0.1O3最大电导率分别达到了4.5和0.42S·cm^-1。