SrCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ perovskite stabilized by niobium for oxygen permeation

The effect of Nb doping on the oxygen permeation and stability of SrCo0.8Fe0.2O3-δ(SCFO)was investigated comprehensively.Cubic perovskite phase was formed in SrCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(SCFNO).The SCFNO with a thickness of 1 mm had a high level of oxygen permeation flux of 1.4 ml·min-1·cm-2 at 850 ℃ under air/He gradient.The bulk diffusion is the rate-limiting step in overall oxygen permeation mechanism for SCFNO when the thickness is higher than 1.0 mm.The partial substitution of Nb for Co suppresses the transition of oxygen vacancies order/disorder proven by DSC measurement and enhances the phase stability under low oxygen partial pressure.During long-term tests under low oxygen pressure,the SCFNO extibites structural stability and stable oxygen permeation.It is proved that substitution of Nb for Co is an effective way to improve the properties of SCFO.     

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.     

一步法合成La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)对称电极应用于SOFC性能研究

一步法合成La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)(LSCFN-CGO)混合电导对称电极,并采用La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.83)Mg_(0.17)O_(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H_2 (3%H_2O)、C_3H_8 (3%H_2O)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/cm~2。稳定性测试在C_3H_8 (3%H_2O)气氛中0.3 A/cm~2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。     

La0．7Sr0．3Cu1-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。     

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.     

柠檬酸法合成SOFC阴极粉体La_(1-x)Sr_xMnO_(3-δ)的研究

采用柠檬酸法制备了固体氧化物燃料电池钙钛矿型阴极粉体La_(1-x)Sr_xMnO_(3-δ)(0.1＜x＜0.5),研究了pH值、络合剂量、煅烧温度等各工艺参数对络合效果的影响.结果表明:pH值是关键因素,最佳pH值为3.乙二醇能很好地促进柠檬酸络合金属离子,同时适当增加柠檬酸量有利于金属离子的络合.制备阴极粉体La_(1-x)Sr_xMnO_(3-δ)的最佳实验条件为:pH值为3,添加乙二醇,柠檬酸与金属离子的摩尔比为2,煅烧温度为1000 ℃.     

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.     

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。     

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。     

共沉淀法合成新型阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ

草酸共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池（ITSOFC）新型阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ（BSCF）。XRD，DSC和SEM结果显示：经过900℃煅烧2h后，产物的钙钛矿结构已经初步形成，但由于晶化不完全，衍射峰强度相对较弱，且存在杂相；随着煅烧温度提高到1200℃后，产物中杂相消失，晶体结构转变为单一的立方型钙钛矿，颗粒大小基本在2μm～3μm；BSCF与Ce0．8Sm0．2O1．9（SDC）混合物（质量比1：1）在1000℃下热处理24h后未发现杂相，表明BSCF与SDC具有良好的化学相容性。     

高温质子导体Ba(Ce0.8Zr0.2)0.9Y0.1O3-δ的合成与性能

采用低温燃烧法合成掺Zr的新型高温质子导体Ba（Ce0.8 Zr0.2）0.9Y0.1O3-δ陶瓷粉体。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及激光粒度仪分别对粉体的晶型、微观形貌和粒度分布进行分析。通过控制柠檬酸用量与金属离子摩尔总量的比，直接制备出具有斜方晶钙钛矿结构的纯Ba（Ce0.8 Zr0.2）0.9Y0.1O3-δ超细粉体，且粉体粒度分布均匀，平均粒径为5．55μm。粉体烧结性能实验结果表明，粉体在1200℃发生烧结，在1300℃下烧结致密，相对密度达到94．32％。     

La0.4Sr0.6Co0.7Fe0.2Nb0.1O3- δ -Gd0.2Ce0.8O2- δ 应用于可逆固体氧化物电池对称电极

为制备一种高催化性的对称型固体氧化物电池电极,采用一步法合成了La_0.4Sr_0.6Co_0.7Fe_0.2Nb_0.1O_3-δ-Gd_0.2Ce_0.8O_2-δ（LSCFN-GDC）。以LSCFN-GDC为电池阳极和阴极,La_0.8Sr_0.2Ga_0.83Mg_0.17O_3-δ（LSGM）为电解质,采用流延和丝网印刷工艺制备了结构为LSCFN-GDC||LSGM||LSCFN-GDC的电解质支撑型固体氧化物电池。分别采用固体氧化物燃料电池（SOFC）及固体氧化物电解池（SOEC）2种模式对对称电池性能进行了测试。在850 ℃测试温度下,分别采用湿H₂（3% H₂O）、H₂（0.01% H₂S）、CH₄和C₃H₈为燃料气,电池最大功率密度分别为1.036、0.996、0.479和0.952 W/cm²,电解H₂（50% H₂O）时,1.3 V电解电压下电池电流密度为0.943 A/cm²。LSCFN-GDC具有良好的耐积碳、抗硫和氧化还原稳定性能,能够在湿H₂（0.01% H₂S）、CH₄、H₂（3% H₂O）及H₂（50% H₂O）环境中稳定运行700 h。实验结果表明,一步合成法是一种简便而优化的电极制备方法,LSCFN-GDC||LSGM||LSCFN-GDC固体氧化物电池（SOC）具有广阔的应用前景。