电泳沉积在制备SOFC电解质膜中的应用

利用电泳沉积技术制备固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质膜具有一些突出的优点,在此领域的研究近年来取得了很大的进展。综合介绍了电泳沉积技术在制备SOFC电解质膜中的应用研究情况,其中包括电泳沉积的基本原理、胶体悬浮液的配置、沉积基体的选择以及沉积工艺参数的影响。重点评述了悬浮液配置方面的问题,分析了电解质颗粒、溶剂以及各种添加剂的选择和处理方法。     

Na2SO4掺杂电解质对硫-氧SOFC性能的影响

以Na2 SO4掺杂8％ Y2O3稳定的ZrO2(8 YSZ)为复合电解质,La0.8 Pr0.2 CrO3、La0.7Sr0.3 MnO3分别为阴、阳极催化剂,组装硫-氧固体氧化物燃料电池(SOFC).使用硫蒸气作为燃料,测试了复合电解质的电化学性能.Na2SO4掺杂8YSZ复合电解质能提高SOFC的电化学性能,其中25％ Na2SO4-8 YSZ的性能更好,在700℃时,具有最大开路电压833 mV;760℃时,达到最大电流密度168 mA/cm2;780℃时,达到最大功率密度127 mW/cm2.     

两种8YSZ作为SOFC电解质的比较

从粒径分布、电导率、活化能、致密性及制备的模拟电池的放电性能等方面,对8 mol%Y2O3稳定的ZrO2(8YSZ)(TOSOH 8YSZ和JC 8YSZ)作为固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质进行了比较.结果表明:TOSOH 8YSZ的平均粒径比JC 8YSZ小1.20 μm;TOSOH 8YSZ在1 500℃下烧结的活化能比JC 8YSZ低2.68kj/mol,在800℃时的电导率高0.003 2 S/cm.以TOSOH 8YSZ为电解质的模拟电池,在800℃时的最大功率密度比JC 8YSZ为电解质的高45.45%.SEM测试表明,在1 450～1 500℃下烧结制备的TOSOH 8YSZ的电解质膜更致密.     

Ce_(0.9)La_(0.1)O_(2-δ)电解质粉末的制备与性能

用溶胶-凝胶法制备了La掺杂的CeO2(Ce0.9La0.1O2-δ)的前驱体.在900℃下煅烧2 h制备的Ce0.9La0.1O2-δ粉末为单一的立方萤石结构,晶胞参数a为0.549 65 nm;该粉末在200 MPa下压制后在1400℃下烧结3 h得到的电解质,相对密度为95.1%,在690℃时的电导率为0.66 S/cm.     

中低温固体氧化物燃料电池复相固体电解质的研究进展

介绍了复相固体电解质材料在中低温固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究进展,重点评述了Y掺杂ZrO2 (YSZ)/绝缘体、掺杂CeO2/绝缘体、掺杂CeO2/无机盐及质子导体基复相电解质材料的结构设计、制备以及电导率和单体电池性能提升的机理.指出了纳米复相电解质材料在中低温SOFC应用的可能性、存在的问题及发展趋势.     

ZrO2基固体电解质的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是目前国际上燃料电池领域的研究热点,电解质是SOFC中最关键的元件,提高ZrO2基固体电解质的电导率是SOFC研究的核心的问题之一.从热力学、动力学、理论模型等方面综述了近年来ZrO2基电解质的研究进展,并对实现ZrO2基固体电解质电导率的提高提出了解决问题的路线.     

SOFC用钙钛矿型质子传导固体电解质

钙钛矿型高温质子导体BaCeO3、SrCeO3和MZrO3在纯H2气氛中为纯质子导体,但在SOFC工作条件下,有些表现为质子、氧离子,甚至电子的混合导体,有些质子导体在CO2气氛中的化学稳定性较差.通过掺杂和化学计量比的控制,这些问题可以得到改善.介绍了钙钛矿型质子导体SOFC的工作原理、质子传输机理及SOFC用电解质的性能.     

磷灰石结构电解质La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)的合成及电性质

以La_2O_3和SiO_2为原料,采用凝胶注模工艺合成了具有磷灰石结构晶相的固体电解质材料La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)(x=0,0.5).通过X射线衍射光谱法(XRD)对所得化合物的结构进行表征.在300～800 ℃的温度范围内,利用电化学阻抗谱详细研究了La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)陶瓷的烧结温度和La元素的含量对La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)电导率的影响.结果表明:陶瓷样品的烧结温度对其电导率的影响较大,La_(10)Si_6O_(27)的电导率随着陶瓷样品烧结温度的上升而提高,1 650 ℃烧结的La_(10)Si_6O_(27)在800℃电导率为3.46×10~(-2) S/cm,约是1 550 ℃烧结样品的6倍.La_(9.5)Si_6O(26.25)的电导率随着陶瓷样品烧结温度上升呈先上升后下降的变化趋势,当烧结温度高于1 600℃时,晶粒和晶界内有大量未知相析出,这可能是导致其电导率反而下降的直接原因.     

制备工艺对Fe-Ni/SDC复合阳极性能的影响

研究了制备工艺对Fe0.6Ni0.4O1.3(Fe-Ni)/SDC复合阳极性能的影响.阻抗谱和燃料电池输出特性显示,烧结时间和复合阳极中电解质的掺杂量对电化学性能有很大的影响,最终确定当Fe-Ni、SDC及碳粉的质量比为7:3:1时,阳极的性能较好.使用该阳极的电池,在700℃时的输出功率密度最高可达232.69 mW/cm2.     

阳极支撑固体氧化物燃料电池的制备及性能

利用离心法成膜工艺在多孔Ni-YSZ阳极基体上制备8%(摩尔分数)YSZ电解质层,在1400℃共烧结,得到致密的YSZ膜和多孔结构的阳极。用苷氨酸-硝酸盐燃烧法合成超细阳极与阴极材料。其中,NiO-YSZ复合粉体用于阳极,La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)和30%(质量分数)Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)复合材料用作阴极。以氢气为燃料,研究了500～800℃时Ni-YSZ阳极支撑体固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池的性能。结果表明在500℃时电池开路电压(OCV)达1.10V,800℃时短路电流密度达1113mA/cm2,最大比功率为296mW/cm2。通过交流阻抗图谱分析,认为电解质欧姆电阻是影响电池性能的主要因素。     

固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展

介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)用萤石型、钙钛矿型及磷灰石型电解质材料的结构、导电机理、性能及研究进展。存在的离子电导率较低、化学组成及相组成不稳定等问题,主要通过氧化物共掺杂及不同材料之间的复合等方法来改善。材料的复合与电解质层结构的设计,将成为电解质研究的主要方向。     

YSZ-Al2O3电解质膜管制备及其应用

以吡啶为分散剂,采用真空注浆法制备出膜厚为0．2 mm、长度为35 mm的致密YSZ-Al2O3电解质膜管,研究了烧结温度对样品致密度和离子电导率的影响,确定了获得电解质膜管综合性能的最佳烧结温度范围。用1 650 ℃烧结2 h制备的致密YSZ-Al2O3电解质膜管组装成固体氧化物燃料电池,以氢气为燃料,研究了电池在600～850 ℃电池的电性能。实验结果表明,真空注浆法可制备出具有高密度和高电导率的YSZ-Al2O3电解质膜管,经1 600 ℃烧结2 h其相对密度已达理论密度的99．0％,接近理论密度。单电池的开路电压最大值为1．164 V,850 ℃时输出功率为0．42 W。     

固体氧化物燃料电池发电系统的模拟与优化研究

针对1MW固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统,建立了描述SOFC电池堆电化学过程和特性的模型,在此基础上建立了基于Aspen Plus软件平台的SOFC发电系统模型,并对其系统参数进行了分析和优化。研究为大型SOFC发电系统的设计奠定了基础。     

CeO_2基中温复合电解质材料的研究进展

在固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究中,实现电池的中温化是近年来研究的热点,而电解质材料在中温范围内的性能优化是实现电池中温化的关键。简述了近年来国内外CeO_2基中温复合电解质材料的研究现状及发展趋势,重点评述了掺杂CeO_2/过渡金属氧化物、掺杂CeO_2/掺杂LaGaO_3、掺杂CeO_2/无机盐以及掺杂CeO_2/Al_2O_3复合电解质为代表的CeO_2基中温复合电解质体系的结构设计、制备、第二相材料对基体电解质材料电化学性能的影响和单电池性能提升的机制,并对复合电解质材料的发展前景进行了展望。     

固体氧化物燃料电池研究--10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2作阳极材料

以10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2为阳极、Pt为阴极和参考电极,组装了固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池并进行了测试,考察了操作温度、甲烷流量等对电池性能的影响,发现提高操作温度以及在阳极材料中添加CeO2可以显著改善电池性能。升高温度,阳极极化曲线中的极限电流密度值随之上升;阳极中CeO2含量为10%时,功率最大值由未加时的4.10 mW/cm2增大至9.76 mW/cm2,对应的电流密度由12.22 mA/cm2增大至35.7 mA/cm2。甲烷的流量对电池开路电位有显著的影响,但当甲烷流量在18 mL/min以上时,其影响已十分微弱。     

甘氨酸-硝酸盐法制备Sm掺杂CeO2电解质及性能研究

甘氨酸-硝酸盐燃烧法合成Sm掺杂CeO2(SDC)电解质材料,通过XRD和扫描电子显微镜对不同甘氨酸与金属阳离子比例(G/N)制备粉末的结构和形貌进行了研究。比表面积测量结果显示,不同G/N比影响合成粉末的比表面积,导致粉末的烧结性能不同。G/N比为2合成的粉末在1300℃烧结2h可以达到97%的理论密度。合成不同含量Sm掺杂铈基氧化物SmxCe1-xOδ(x=0.125,0.15,0.175,0.20,0.225,)电解质材料,制备电解质支撑的单电池,电解质厚度为1mm,采用泥浆喷涂工艺在电解质上制备60%(质量百分数)NiO-SDC阳极层,在1300℃共烧结2h,Ag浆作为阴极组成单电池,以H2和空气为燃料和氧化气体电池性能测试显示,Sm0.175Ce0.825Od为电解质的单电池性能最好,800℃最大功率密度达283mW/cm2。     

固体氧化物燃料电池阳极积碳的研究进展

从阳极材料改性和工作条件优化等方面综述抑制固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳的研究进展。在阳极材料改性方面,可以改性Ni基阳极材料或开发Cu基等抗积碳阳极,替代传统Ni基材料,解决积碳问题。在工作条件优化方面,抑制积碳的重要手段有:提高水碳比,适当增加燃料中H2、CO2含量,提高电池工作时的电流密度,合理选择工作温度。     

固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

综述了固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料的性能.在钙钛矿型阴极材料中,Mn基材料具有较好的高温工作特性;Co基材料具有较好的低温催化特性和电导特性,但化学和结构稳定性差;Fe基材料具有较好的化学和结构稳定性,但低温下的催化性能尚需改进.其他结构类型的复合氧化物阴极材料的研究也在进行.