溶胶-凝胶法制备固体氧化物燃料电池复合阴极

用溶胶-凝胶法制备了中温固体氧化物燃料电池的50w/%Sm0.2Ce0.8O1.90(SDC)+50w/%(La0.85Sr0.15)0.9MnO3-8(LSM)复合阴极.阴极-电解质(SDC)界面电阻深受阴极微结构的影响用溶胶凝胶法制备的阴极具备有利于氧还原反应的微结构,包括小的粒径、高的孔隙率、高的比表面积等.而微结构又受到烧结温度的影响,界面电阻最小时的烧结温度为950℃.800℃时界面电阻为0.14Ωcm2,明显低于其他方法制备的同化学成分阴极的界面电阻.     

表面修饰对La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ阴极性能 及稳定性的影响研究

本研究采用一步溶液浸渍法成功对La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）表面进行了La2NiO4+δ（LNO）纳米颗粒修饰。扫描电镜分析显示，LNO纳米颗粒均匀分布在LSCF表面，颗粒粒径约在50-250 nm之间。电化学测试表明，与空白LSCF相比，修饰了LNO的阴极极化电阻降低了41%~50%，并且稳定性有明显提高：在750℃保温约125 h后，其极化电阻仅增大了50.42%，而空白LSCF阴极则增大了76.89%。X射线衍射分析表明在750℃保温100 h后LNO-LSCF表面出现了La2SrOx相。X光电子能谱分析表明，长期保温100 h后，LNO-LSCF阴极的表面Sr含量比保温前减少了3.66%，而空白LSCF阴极则增多了27.95%，说明通过表面修饰LNO成功抑制LSCF表面的Sr偏析。     

La0.7Sr0.3Cu1-xFexO3-δ系阴极材料的制备与性能研究

采用固相法和EDTA-柠檬酸联合络合法制备了中温固体氧化物燃料电池La0.7Sr0.3Cu1-xFexO3-δ阴极材料,利用直流四探针和交流阻抗技术测试了材料的导电性能和电化学性能,结果表明加入Fe后材料的电导率有所降低,但在高温下仍然具有较高的电导率(＞100 S·cm-1).EDTA-柠檬酸联合络合法制备的试样比固相法合成的具有更高的电导率(在800℃时,EDTA-柠檬酸联合络合法制备的试样电导率为255 S·cm-1,而固相法的为156 S·cm-1).700℃时的复阻抗测试结果表明Fe的加入降低了La0.7Sr0.3CuO3-δ的极化电阻,其中La0.7Sr0.3Cu0.4Fe0.6O3-δ的极化电阻最小,为2.51 Ω·cm2.     

Gd0.8Sr0.2CoO3阴极的甘氨酸-硝酸盐法制备及性能研究

为探索适于中温条件下使用的固体氧化物燃料电池的阴极材料,用甘氨酸-硝酸盐法(GNP法)制备了Gd0.8Sr0.2CoO3(GSC)阴极粉体,用X-ray衍射考察了GSC的成相温度.采用丝网印刷法将GSC沉积在(Sm2O3)0.2(CeO2)0.8(SDC)圆片上,制成对称阴极,在不同温度下烧结.用交流阻抗谱从500℃到750℃测量了GSC阴极和SDC电解质之间的界面电阻.结果表明,用甘氨酸-硝酸盐法制备的GSC粉体的成相温度比传统固相法降低了400℃～500℃;700℃时,GSC阴极的界面电阻仅为0.26 Ω·cm2.     

中温固体氧化物燃料电池新型连接体材料的研制

以SUS430不锈钢粉末和具有钙钛矿结构的La0.8Sr0.2FeO3(LSF)陶瓷粉末为原料,通过粉末冶金方法制得了SUS430/LSF双层复合试样.对烧结SUS430不锈钢和LSF试样的密度和相组成进行了测试;通过氧化增重法测算了SUS430不锈钢及SUS430/LSF双层结构材料的氧化速率常数;采用四探针法对SUS430不锈钢及SUS430/LSF双层结构材料的面比电阻进行了测试;并对氧化前后材料的微观组织进行了观测.结果表明,采用本实验方法可以在烧结不锈钢基体表面制得致密的LSF涂层;在循环氧化过程中,LSF涂层与不锈钢基体结合牢固.SUS430/LSF双层结构材料在空气中于800 ℃氧化150 h后,氧化速率常数为2.81×10-15 g2·cm-4·s-1,比SUS430不锈钢降低了一个数量级以上,而其面比电阻则由SUS430不锈钢的74.65 mΩ·cm2降为15.55 mΩ·cm2.     

基于掺杂氧化铈电解质的梯度阴极的制备及其电化学性能

用硝酸盐浸渍法制备了由锰酸锶镧(LSM)、钴酸锶镧(LSC)和氧化钐掺杂氧化铈(SDC)组成的梯度阴极,确定了电极最佳烧结温度为1 000℃.与复合阴极LSM-SDC和LSC-SDC相比,梯度阴极的界面比电阻大大减小,以SDC为电解质,750℃时的比电阻仅为0.06 Ω·cm2.用交流阻抗方法考察了梯度阴极的反应机理,实验表明反应速度控制步骤随反应温度和氧分压发生显著变化.阻抗谱高频弧和低频弧所对应的电极过程,分别可能由氧的解离吸附和气体扩散所控制.结果还表明梯度阴极充分利用了LSM、LSC和SDC的优点,提高了阴极性能,有望成为中温固体氧化物燃料电池的新一代阴极材料.     

溶胶-凝胶法制备La0.67Sr0.33MnO3:Agx多晶材料及其性能

采用溶胶-凝胶法制备La0.67Sr0.33Mn O3∶Agx(LSMO∶Agx,x为摩尔百分比,x=0,0.04,0.08,0.10,0.20)多晶材料。通过XRD和R-T对LSMO∶Agx多晶材料的结构和性能进行分析。结果表明:在950、1050℃烧结的样品具有良好的单相结构。1050℃烧结时,Ag进入晶格替换A位La3+或Sr2+,使晶胞发生畸变、晶胞体积增大。Ag掺杂明显降低了样品电阻率,950℃烧结的Ag掺杂样品的电阻率降低了近两个数量级。提高烧结温度有助于改善LSMO材料的Tp和TCR。烧结温度由950℃变化到1050℃时,x=0样品的Tp增加了将近10 K,x=0.04样品的TCR从0.09%K-1上升到0.50%K-1。Ag掺杂能有效改善LSMO材料的电学性能。     

La0．7Sr0．3Cu1-xFexO3-δ系阴极材料的制备与性能研究

采用固相法和EDTA-柠檬酸联合络合法制备了中温固体氧化物燃料电池La0．7Sr0．3Cu1-xFexO3-δ阴极材料，利用直流四探针和交流阻抗技术测试了材料的导电性能和电化学性能，结果表明加入Fe后材料的电导率有所降低，但在高温下仍然具有较高的电导率（〉100 S·cm^-1）。EDTA-柠檬酸联合络合法制备的试样比固相法合成的具有更高的电导率（在800℃时，EDTA-柠檬酸联合络合法制备的试样电导率为255 S·cm^-1，而固相法的为156S·cm^-1。）700℃时的复阻抗测试结果表明Fe的加入降低了La0．7Sr0．3CuO3-δ的极化电阻，其中La0．7Sr0．3Cu0.4Fe0.6O3-δ的极化电阻最小，为2．51Ω·cm^2。     

EDTA-柠檬酸络合法制备阳极催化剂La0.7Sr0.3Cr0.87Y0.13O3-δ及热力学分析

采用EDTA-柠檬酸络合法制备固体氧化物燃料电池钙钛矿型耐硫阳极催化剂La0.7Sr0.3Cr0.87Y0.13O3-δ。采用TG-DSC对EDTA-柠檬酸络合法制备的阳极溶胶的热分解温度及晶相的形成温度进行分析;采用XRD和SEM等分析手段对烧结后的阳极粉末进行表征,并与尿素燃烧法制备的阳极粉末进行对比。再通过热力学软件计算分析阳极在H2S气氛中于一定氧分压(p(O2))和硫分压(p(S2))下的稳定性,对硫化前后阳极粉末的红外光谱进行对比分析,并对其耐硫性进行验证。结果表明:EDTA-柠檬酸络合法可以降低La0.7Sr0.3Cr0.87Y0.13O3-δ的烧结温度;La0.7-Sr0.3Cr0.87Y0.13O3-δ具有一定的耐硫性能,升高操作温度和增大氧分压可以提高其耐硫性,符合耐硫阳极的要求。     

化学共沉淀法低温合成La0.5Sr0.5CoO3多晶

分别以草酸铵和碳酸氢铵为沉淀剂,用化学共沉淀法制备了La0.5Sr0.5CoO3（LSCO）样品。用XRD分析了物相、结构与晶粒大小,用电阻-温度系统绘制了电阻-温度曲线。结果表明,1150℃烧结,用草酸铵和碳酸氢铵法制备的La0.5Sr0.5CoO3均为单一立方钙钛矿多晶。晶体参数分别为0.384、0.383nm。晶粒垂直于（110）面的尺寸分别为37nm与32.8nm。草酸铵作沉淀剂的烧结温度比碳酸氢铵的低,比固相烧结反应法的低至少150℃。La0.5Sr0.5CoO3均为半导体,有良好的电阻-温度关系,190-280时两种沉淀剂法制备的LSCO的平均激活能分别是30、150eV。     

Bi3.25La0.75Ti3O12籽晶层对Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15铁电薄膜的影响

用溶胶-凝胶法在Si(100)基片上沉积Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15/Bi3.25La0.75Ti3O12双层膜,薄膜置于空气气氛在退火炉中700℃退火处理。用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分别对薄膜的相结构、取向度和微观形貌进行表征,并测试了样品的电滞回线。结果表明:与纯的Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15铁电薄膜相比,双层膜具有更高的a轴取向度,表面均匀致密无孔隙,多为球形晶粒,且晶粒尺寸约为80nm,并且具有较高的剩余极化强度Pr=13.34μC/cm2,对应的矫顽场强为68.32kV/cm;Bi3.25La0.75Ti3O12的引入对Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15铁电薄膜的形核生长和晶体学取向具有一定的促进作用,有利于样品的铁电性能。     

La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ超细粉体的溶胶凝胶-自燃烧法制备及其性能表征

采用溶胶凝胶-自燃烧法合成La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF)复合氧化物粉体,用XRD、TG-DTA、TEM等对产物形成过程及微观结构进行了表征.结果表明,溶胶凝胶-自燃烧法一步合成了粒径为30～70nm的具有钙钛矿结构的La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ超细粉体,粉体具有较高烧结活性,1100℃下烧结2 h相对密度达到95%.利用热膨胀仪测量发现样品从室温到1000℃的平均膨胀系数为19.3×10-6/K;直流四探针法电导测试表明,样品在200～600℃温度范围内电导率随温度的升高而升高,由580 S·cm-1升至最大值1000 S·cm-1,在600℃后样品的电导率随着温度的升高缓慢降低,样品的电导率在200～800℃温度范围内均高于580 S·cm-,能很好地满足中低温SOFC的使用要求.     

碱土金属双掺杂钴铁酸镧的结构和电性能

应用共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池刚极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe01O3-δ(x=0.05,0.10,0.15,0.20)的粉料.采用XRD,SEM和直流四极探针法研究了其晶体结构和电导率随温度变化规律以及其与电解质Ce0.8Sm0.2O2的化学相容性.实验表明Ca2+和Sr2+双掺杂取代La3+进入晶格后,合成的粉料具有六角晶系钙钛矿结构;随着Ca2+含量x增加,La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ晶胞a轴方向缩短c轴方向拉长,晶胞体积减小且样品的电导率也在降低.随温度升高到490℃,电导率出现最大值,温度继续升高晶格氧逸出而导致电导率降低.400℃～700℃时,样品的电导率均高于450S/cm.当x=0.10和0.15时,其电导率基本相等且高于760 S/cm.合成的粉料与电解质Ce0.8Sm0.2O2具有良好的化学相容性.     

IT-SOFC复合阳极材料CDC-LSCMCo的制备及性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP法)一次性合成固体氧化物燃料电池复合阳极材料Ce0.8Ca0.2O2-La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5-xCoxO3-δ(CDC-LSCMCo)。XRD、SEM和EDS分析结果表明:1350℃下烧结5h能够得到单一萤石-钙钛矿结构且粒度较小(1μm左右)的复合阳极粉体。电导率的测试研究发现,温度大于750℃时,电导率随Co含量的增加而增大。800℃时,CDC-LSCMCo0.15分别在空气与氢气气氛下的电导率分别为10.5和0.7S·cm-1。SEM和XRD分析表明:CDC-LSCMCo与La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ电解质材料有很好的热与化学相容性,是一种应用前景良好的IT-SOFC阳极材料。     

SOEC阴极材料Sr_2FeMoO_(6-δ)的微观结构和性能

选用双钙钛矿结构Sr_2FeMoO6-δ作为固体氧化物电解池的阴极材料,经过压制成型和烧结制备成阴极。利用阿基米德法测定了阴极的孔隙率,结合扫描电子显微镜研究造孔剂的用量对阴极孔隙结构的影响。利用热分析仪测定了不同孔隙结构的阴极受热后热膨胀情况和热膨胀系数,研究其与电解质的热膨胀系数匹配情况。最后利用电化学工作站测试了阴极材料的电化学性能。实验结果表明,双钙钛矿结构Sr2Fe Mo O6-δ有较好地电化学性能以及与电解质LSGM热膨胀系数匹配,有望成为固体氧化物电解池阴极的理想候选材料。     

一步法合成La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Nb0.1O3-δ-Ce0.8Gd0.2O2-δ对称电极应用于SOFC性能研究

一步法合成La_0.4Sr_0.6Co_0.2Fe_0.7Nb_0.1O_3-δ-Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ(LSCFN-CGO)混合电导对称电极,并采用La_0.8Sr_0.2Ga_0.83Mg_0.17O_3-δ(LSGM)作为电解质制备了结构为LSCFN-CGO‖_LSGM‖LSCFN-CGO的对称电池。分别使用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)对LSCFN-CGO粉体物相及电极微观结构进行分析。一步法制得的LSCFN-CGO电极粉体为纯相,LSCFN钙钛矿相与CGO萤石相具备极好的化学相容性,且烧结得到了良好微观结构的对称电极。采用H₂(3%H₂O)、C₃H₈(3%H₂O)为燃料气测试电池性能,850℃电池最大功率密度可分别达980和869mW/cm²。稳定性测试在C₃H₈(3%H₂O)气氛中0.3 A/cm²的恒流放电条件下进行,全程共420 h,衰减较小,期间进行8次电极氧化还原循环,对称电极具有理想的碳基燃料下氧化还原再生能力。结果表明,采用一步法合成混合电导电极是一种简便、优化的电极制备方法,具有广阔的应用前景。     

La0．9Sr0．1Ga0．8Mg0．2O2．85固体电解质合成及其性能

在NH4OH-(NH4)2CO3沉淀体系中用相转移分离法制备了La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85(LSGM1020)固体电解质前驱体,并在较低的烧结温度得到了纯度较高,杂质含量低的电解质陶瓷.用XRD,Raman光谱,直流四电极,交流阻抗谱和扫描电镜分析了电解质的晶体结构,电化学性能和显微结构.XRD和Raman分析表明LSGM1020电解质具有菱方钙钛矿结构,800oC时测量得到的氧离子电导率达到0.12S?cm-1.SEM和交流阻抗分析表明,烧结体具有良好的微观结构.采用相转移分离法合成LSGM1020有利于降低烧结温度,改善电解质的性能.     

烧结温度对0.9PbZr0.52Ti0.48O3-0.1NaNbO3压电陶瓷结构及电学性能的影响

采用传统固相烧结法制备了钠过量的0.9PbZr0.52Ti0.48O3-0.1NaNbO3(PZT-NN)压电陶瓷,研究了烧结温度对PZT-NN陶瓷晶体结构及其电学性能的影响。XRD结果表明,不同温度烧结的PZT-NN陶瓷均为单一钙钛矿结构,在1125~1150℃温区烧结时,陶瓷发生了由四方相向正交相的相变。随烧结温度进一步升高,压电常数d33、介电常数εr以及剩余极化强度Pr均呈递减趋势,烧结温度为1125℃的PZT-NN陶瓷具有较好的电学性能:d33=218pC/N,εr=851,tanδ=0.02。PZT-NN陶瓷的相对密度随烧结温度的升高而增大,在1150℃时达到95%,钠过量的NaNbO3加入使PZT陶瓷的致密化烧结温度降低了50~150℃。     

TiB2-C复合阴极中碱金属（K、Na）的渗透及其对阴极电解膨胀的影响（英文）

在不同电解条件下,研究纯KF熔体、纯NaF熔体及其复合电解质熔体中,碱金属(K、Na)在TiB2-C复合阴极中的渗透迁移行为及其引起的阴极电解膨胀。揭示影响阴极电解膨胀性能的主要因素,同时对阴极剖面进行元素微区分析。结果表明:在非极化以及不含铝的电解质熔体中,阴极不会发生膨胀;直接放电所生成的碱金属是造成阴极膨胀的主要因素,引起的阴极最大电解膨胀率可达20.40%;含钾电解质熔体中阴极的电解膨胀率远高于不含钾电解质熔体中阴极的电解膨胀率,最高超出35.13%;与纯钾盐相比,复合电解质对阴极的破坏作用降低;此外,无论是在极化条件还是在非极化条件下,含铝电解质熔体中阴极的电解膨胀率均大于不含铝电解质熔体中阴极的电解膨胀率;同时,在非极化条件下电解质熔体中加入铝后比极化条件下电解质熔体中加入铝后所引起的阴极电解膨胀的增加更为明显。     

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.