高分子凝胶改进铈锆固溶体的制备及表征

以不同摩尔比的Ce(NO3)4·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O为固溶体原料,在其中添加适量的丙烯酰胺(C3H5NO)、N’N亚甲基双丙烯酰胺(C7H10N2O2)和过硫酸铵((NH4)2S2O8)作为高分子凝胶剂,制备出高分子凝胶改进铈锆固溶体,研究了Ce/Zr比对铈锆固溶体性能的影响。结果表明,高分子用单体与网络剂的三维聚合网络,分散固溶体的粉体颗粒,煅烧高分子后形成多孔结构;上述两因素的协同作用促进了多孔纳米铈锆固溶体的形成。当C3H5NO与C7H10N2O2的质量比为5∶1、混合溶质的溶度为0.04 mol/L并经合适的热处理可以得到粒径为10-20 nm的铈锆固溶体。X射线衍射结果表明,Ce/Zr摩尔比为3∶7~5∶5时固溶体为四方相结构;Ce/Zr摩尔比升至6∶4~7∶3时固溶体为立方相结构;晶格常数随着Zr+的增多而减小。N2吸附-脱附实验结果表明,Ce/Zr摩尔比为6:4时固溶体具有优异的比表面积和孔结构数据:比表面积为120.5 m2·g-1;孔径达到8.12 nm;孔容高达0.22 cm3/g。扫描电镜观察结果显示,铈锆固溶体具有蜂窝状的多孔性结构。     

流延法制备SOFC NiO/YSZ阳极的研究

流延法制备了SOFC NiO/YSZ阳极,比较了NiO(微米级)和NiO(纳米级)两种NiO,发现由NiO(纳米级)制备的电池在800℃最大放电功率密度257.1mW/cm2,而由NiO(微米级)制备的电池相同条件下仅为124.9mW/cm2,原因在于NiO(纳米级)粒径小,制备的阳极三相反应区大.NiO(纳米级)经700℃煅烧后制备的电池最大功率密度增加到369.0mW/cm2,而 800℃和900℃煅烧时减少到169.5和159.0mW/cm2,因为700℃煅烧增加了NiO的活性,而800和900℃煅烧的NiO粒径增大到1.35μm,制备的阳极减小了反应活性区.YSZ在1200℃煅烧后,粒径从0.2μm增加到34μm,由于YSZ粒径远大于NiO,导致NiO之间接触不良,制备的电池性能下降到120.0mW/cm2,继续球磨12h后,YSZ粒径减小到0.70μm,NiO和YSZ之间分布均匀,制备的电池放电功率密度提高到447.9mW/cm2.     

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm2,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m2,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。     

表面铁/氮掺杂介孔石墨烯气凝胶提升微生物燃料电池阳极性能的研究

以硫酸亚铁铵为铁源和氮源,利用水热反应和冷冻干燥法制备了铁/氮掺杂的介孔还原氧化石墨烯气凝胶(FNGA)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面分析仪对材料结构进行表征;采用循环伏安法和交流阻抗法对其电化学性能进行研究。结果表明,与直接水热还原得到的石墨烯气凝胶相比较,铁/氮掺杂的石墨烯气凝胶不仅具有孔径在10~20μm之间的三维多孔结构,而且还具有10nm以下的介孔结构并且具有较高的比表面积,当其作为电极材料时可以为电解液中的小分子氧化还原反应提供更多反应位点,将其作为阳极材料应用于希瓦氏菌微生物燃料电池中后,显著提高了电池的放电功率密度与电流密度,电池的最大功率密度可达到10.94 W/m2。为开发低成本高效的微生物燃料电极阳极材料提供了新的思路。     

固体氧化物燃料电池阳极的相转化流延制备和电化学性能研究

采用相转化流延一步制备了NiO-Zr_0.84Y_0.16O_2-δ (YSZ)阳极支撑层和功能层, 前者厚度为~700 μm, 含有沿厚度方向定向排列的开放直孔, 后者厚度为~60 μm。采用浆料涂膜法和高温共烧在阳极上制备厚度为15 μm的YSZ电解质薄膜, 丝网印刷制备YSZ-La_0.84Sr_0.16MnO_3-δ (LSM)(质量比50:50)阴极。所制备的单电池显示出较高的电输出性能。以H₂-3%H₂O为燃料和环境空气为氧化剂, 800 ℃时电池的峰功率密度达到891 mW/cm², 电池即使在高电流密度测试条件下也未出现明显的浓差极化, 这是由于其阳极具有开放直孔结构, 气相输运阻力小。     

制备方法对铈锆铝复合氧化物还原热处理性能的影响

采用沉淀前驱物混合法制备铈锆铝复合氧化物(CZ+A(pm))和沉淀机械研磨混合法制备铈锆铝复合氧化物(CZ+A(mm))(x(Ce)∶x(Zr)∶x(Al)=1∶1∶2)。将样品分别在空气和10%H_2/Ar气氛下进行热处理,利用X射线粉末衍射(XRD)、N_2吸脱附(BET)、O_2脉冲吸附、H_2程序升温还原(H_2-TPR)等手段研究了复合氧化物的结构及性能。结果表明,CZ+A(pm)、CZ+A(mm)新鲜样品经1 100℃还原热处理后的CZ+A(pm)-H_2-1 100样品的XRD图谱出现较多且尖锐的归属于CeAlO_3的衍射峰,而CZ+A(mm)-H_2-1 100样品没有观察到CeAlO_3晶相;其储氧量分别为157和773μmol/g,均大于CZA-H_2-1 100的23.2μmol/g;H_2-TPR耗氢量分别为960和1 916μmol/g,而CZA-H_2-1 100样品H_2-TPR耗氢量仅为310μmol/g,CZ+A(pm)储氧性能受还原热处理时CeAlO_3形成的影响,与还原性能的变化结果相吻合。研究发现,铈锆铝复合氧化物中CZ+A(pm)样品的铈锆和氧化铝粒子尺度较小,相互之间接触较紧密,使得CeO_2和Al_2O_3较易发生固相化合反应生成CeAlO_3,而CZ+A(mm)样品中铈锆和氧化铝粒子更大,相互之间间隔更远,经还原热处理时能抑制CeAlO_3的形成,从而改善材料在还原气氛下的储氧性能和还原性能。     

四氧化三钴/石墨复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

首次将四氧化三钴/石墨(Co_3O_4/G)复合材料用于海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)阳极改性,并对阳极电化学性能和电池性能进行研究。结果表明,Co3O4/G复合改性阳极表面的微生物附着数量是空白组的6.1倍;其氧化还原电化学活性和电容特性分别是空白组的16.2倍和31.0倍;交换电流密度达到1.366×10-3m A·cm-2,电子转移动力学活性是空白组的215.6倍,且其抗极化能力最强;电荷转移电阻降至空白组的2/5,并且双电层电容和生物膜电容均得到增加;其组成电池的功率密度为735.1 m W/m2,是空白组电池的4.6倍。机理分析表明,Co_3O_4和石墨的协同作用使复合改性阳极的电容性能和电子转移速率得到提高。     

金属相20Ni-80Cu表面包覆NiFe2O4尖晶石对15（20Ni-80Cu）/85（NiFe2O4-10NiO）金属陶瓷腐蚀性能的研究

金属陶瓷金属相优先腐蚀是目前惰性阳极工业化难点之一,在金属相表面包覆NiFe2O4尖晶石来提高其耐高温熔盐腐蚀性能。包覆实验结果显示,包覆后的颗粒尺寸为2～5μm,且有团聚现象,金属相20Ni-80Cu表面除形成NiFe2O4尖晶石外,可能还含有NiFe2O4-x、Cu2O、NiO、CuxNi1-x、NiyFe1-yFe2O4-a和NizFe1-zO。腐蚀实验表明,金属表面包覆10%、20%、30%、40%和50%NiFe2O4尖晶石后制备的金属陶瓷惰性阳极样品其金属腐蚀层厚度都在20～50μm,其年腐蚀率分别为1.89、1.73、1.65、1.58和2.03cm/a,未包覆金属陶瓷惰性阳极金属腐蚀层厚度为200μm和年腐蚀率为4.15cm/a,说明金属表面包覆NiFe2O4尖晶石能提高惰性阳极的抗熔盐腐蚀性能。     

Ni/YSZ阳极浸渍La2O3对SOFC电池抗积碳的影响

以水系流延法制备阳极支撑型平板式IT-SOFC的阳极/电解质(Ni-YSZ/YSZ)半电池, 通过浸渍La₂O₃颗粒对半电池阳极进行改性, LSM+8YSZ为阴极制备单电池。采用扫描电子显微镜(SEM)观察单电池显微结构; 利用能谱(EDS)测试阳极成分; 单电池以乙醇水蒸气为燃料, 在750℃下利用循环伏安法测试单电池的功率密度, 交流阻抗法测试单电池的阻抗。结果表明: 单电池Ni/YSZ阳极孔洞中浸渍的La₂O₃颗粒约90 nm; 浸渍改性的电池比未浸渍的电池具有更稳定的电性能, 随着La₂O₃浸渍量越来越多, 电池的电性能和稳定性越来越好, 抗积碳能力越来越强。当浸渍量为2.4wt%时, 以乙醇水蒸气为燃料在750℃下运行7 h后, 电池衰减率仅为0.09%/h。     

SnO_2/MWCNTs复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

采用电沉积法和浸渍法制备了氧化锡/多壁碳纳米管(SnO_2/MWCNTs)复合材料,并首次将其应用在海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的阳极改性,测试分析SnO_2/MWCNTs改性阳极的电化学性能和由其组成的电池性能。结果表明,SnO_2/MWCNTs复合阳极的氧化还原电化学活性和电子转移动力学活性分别是空白组的28.26倍和983.7倍;电容性能是空白组的43.14倍;阳极电荷转移电阻约是空白组的1/4。复合改性阳极组MSMFCs的最大功率密度(1 085.1 m W/m2)是空白组的2.17倍。机理分析表明,MWCNTs提高了阳极的导电性,SnO_2使氧化还原反应更容易进行,阳极的电容性能增加;在特殊的海洋弱碱条件下,SnO_2和MWCNTs的增强协同作用使复合改性阳极表现出更加优异的性能。