中温固体氧化物燃料电池铁系阳极催化剂的性能研究

采用水系流延法制备多孔氧化钇稳定氧化锆(Yttria-Stabilized Zirconia,YSZ)流延片与有机流延法制备YSZ电解质薄膜,经叠压共烧后获得多孔YSZ/致密YSZ薄膜复合基体。通过化学浸渍法分别在复合基体多孔YSZ层内浸渍了Fe(NO_3)_3、Co(NO_3)_2和Ni(NO_3)_2溶液来制备浸渍阳极SOFC单电池(以LSM+YSZ为阴极)。初步研究了铁系阳极催化剂的性能,测试了不同阳极SOFC单电池在不同温度下的电性能并采用SEM观察了不同浸渍阳极的形貌。进一步对Co-YSZ和Ni-YSZ阳极单电池的抗积碳性能进行了测试与比较。结果表明:在氢气气氛中钴的催化活性最高,镍次之,铁最差;在乙醇气氛中钴的催化活性仍要好于镍,而且Co-YSZ阳极单电池的抗积碳性要明显优于Ni-YSZ阳极单电池。铁系催化剂中Co的催化性能和抗积炭性能最佳。     

阳极支撑SOFC薄膜电解质制备与性能研究

阳极支撑SOFC具有低阻抗、高功率密度的优点,成为SOFC发展的主要方向.采用丝网印刷、浆料涂敷以及两者复合的工艺制备8 mol%Y2O3稳定ZrO2(YSZ)电解质薄膜.通过在阳极基体中加入不同比例造孔剂来调整阳极收缩率,并采用三步烧结工艺降低YSZ的烧结温度,实现二者共烧.结果表明,加入10%(质量分数.下同)的造孔剂,浆料涂敷修饰的丝网印刷工艺制备的YSZ薄膜在1300～1350℃实现了共烧,YSZ层厚度在20 μm左右,微观形貌显示了良好的致密度,晶粒尺寸在0.5～3μm;阳极支撑层中连通孔较多,有利于气体扩散.     

流延法制备的SOFC阳极及其性能

研究了以流延法成型中温平板式固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)Ni-YSZ阳极基底金属陶瓷,并成功地制备出厚度为200-500μm的该金属陶瓷基底材料.在其中添加不同种类的成孔剂以增加孔隙率.对以该流延工艺制备的素坯及复合陶瓷的性能进行了研究,其中,素坯膜的热烧结性能通过热重-差示扫描分析进行了研究;复合陶瓷基体材料的孔隙率以阿基米德排水法进行了测试;并以扫描电子显微镜观察了其微观形貌.确定了NiO-YSZ基底材料的预烧及成瓷烧结温度范围.随着烧结温度的升高,孔隙率逐渐下降.其中,有机成孔剂和无机成孔剂在造孔性能方面还存在着某些方面的差异.     

Study on the Pore-formers for Porous Anode Substrates of Solid Oxide Fuel Cell

采用甘氨酸硝酸盐法合成了超细的La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)粉末,并把制备的阳极粉末与3种不同含量的造孔剂活性炭、淀粉和石墨混合制备多孔阳极基底。应用阿基米德排水法测试了多孔阳极基底的孔隙率,得到最大孔隙率为45%。接着再采用SEM、EDS和XRD等材料表征手段对阳极基底的表面形貌和结构进行了分析,结果显示混合20%(质量分数)的活性炭制备的阳极基底孔隙分布均匀,并没有裂纹出现。甲烷催化实验得到混合20%活性炭造孔剂制备的阳极基底在高温下的催化性能最好,甲烷转化效率达到71.88%.     

SOEC电解质与氢电极的流延制备、共烧结及性能

采用流延成型技术同时制备致密固体电解质与多孔阳极半电池坯体,然后采用共烧结技术烧结出半电池.系统地研究了8YSZ陶瓷浆料与氢电极NiO/YSZ浆料的流变学特性.通过DTA和TG曲线确定了半电池的排胶工艺.用扫描电镜观察了半电池的显微结构.在800、850和900 ℃下测试了电池电解性能曲线,且在850、900和950 ℃电解模式下测试了电解质的欧姆阻抗.     

多孔蒙乃尔合金的制备及其结构特性

为了制备蒙乃尔合金多孔材料,本文以蒙乃尔粉为原料,以K2CO3为造孔剂,采用烧结-溶解法制备了不同孔隙率的蒙乃尔合金多孔试样。研究了造孔剂体积分数、压坯压力和烧结温度对试样孔隙率、孔径和透气度的影响。实验结果表明,当造孔剂的体积分数在20%~ 40%之间时,制备的样品孔隙率为31%~46%。当压坯压力在200~400MPa范围时,随压力的增大试样的孔隙率、孔径和透气度均减小;当烧结温度在850~1000℃范围时,随烧结温度升高,孔径和透气度先增大后缓慢降低,在950℃达到峰值。当造孔剂体积分数为30%,压制压力为200MPa,烧结温度950℃时,所制备的蒙乃尔多孔材料孔隙率为37%,最大孔径为21.5μm,透气度为76.77 m3/(h?kPa?m2)。     

轧膜成型法制备SOFC支撑电极工艺研究

结合生产实际介绍了轧膜成型工艺制备电极支撑固体氧化物燃料电池中支撑电极的工艺过程.用此方法制备了厚度为0.8 min的NiO/YSZ阳极坯片和LSM/YSZ阴极坯片,对所得坯片进行预烧结处理,然后在其上面成型电解质薄层.添加20%(质量分数,下同)起孔剂时电极与YSZ电解质的线性收缩率最接近,共烧结容易得到平整的电极支撑半电池.复合阴极的电导性能随孔隙率的增加而下降.使用该方法制各的电极材料从微观结构、机械性能和电性能上都满足SOFC(Solid Oxide Fuel Cells)对电极材料的要求.     

造孔剂添加量对凝胶注模成型工艺制备8YSZ多孔陶瓷性能的影响

采用叔丁醇基凝胶注模成型工艺结合添加造孔剂法制备了高固相含量的YSZ多孔陶瓷。研究了固相含量为50%(体积分数)时,不同造孔剂添加量对烧结8YSZ多孔陶瓷的孔径及其分布、气孔率、抗弯强度以及热导率的影响。研究结果显示:8YSZ多孔陶瓷的气孔分布均匀,孔径在10μm左右,孔壁致密;气孔率在22.9%～39.8%之间,且随着造孔剂添加量的增加而增加;抗弯强度随着造孔剂添加量的增加而减小,最高可达(85.24±2.31)MPa;热导率在0.735～1.108W/m·K之间,且随着造孔剂添加量的增加而降低。上述结果表明,凝胶注模工艺中同时添加造孔剂不仅可以实现高固相含量多孔陶瓷的制备,而且可以同时实现孔结构可控,最终得到兼具有高强度、高气孔率和低热导率的8YSZ多孔陶瓷。     

造孔剂含量对多孔BN/Si3N4复合陶瓷结构和性能的影响

以Si3N4为基体、BN为添加剂,采用添加PMMA造孔剂法制备出具有优良力学性能和介电性能的多孔BN/Si3N4复合陶瓷。通过对材料的物相组成、显微结构、气孔率、孔径分布、力学及介电性能的表征和测试,系统分析了造孔剂含量对材料结构和性能的影响。结果表明:随着造孔剂含量的增加,多孔BN/Si3N4复合陶瓷的气孔率增大,抗弯强度减小,介电常数减小,而介电损耗呈微弱的上升趋势。当造孔剂粒径为2μm,含量为5%(质量分数,下同)时,制备出气孔率达到40.8%,抗弯强度达到(114.67±10.73)MPa,介电常数为4.0,介电损耗为3.3×10-3的高性能多孔BN/Si3N4复合陶瓷透波材料。     

多孔NiTi形状记忆合金的制备工艺

以NH_4HCO_3为造孔剂,利用元素粉末混合烧结法制备了多孔NiTi形状记忆合金。研究了压制压力、烧结温度和烧结时间对多孔NiTi合金孔结构的影响,并分析了其物相组成。结果表明:随压制压力的增加,平均孔径和孔隙率逐渐减小;随烧结温度提高,多孔NiTi合金的平均孔径减小、孔隙率先增加后减少,孔隙分布趋于均匀;随烧结时间延长,多孔NiTi合金的平均孔径及孔隙率先增加后减少。在造孔剂添加量50%,压制压力250 MPa,烧结温度1000℃,烧结时间6 h条件下可制备出孔结构均匀(平均孔径为314μm,孔隙率56.3%)的多孔NiTi合金,其基体相为B2(NiTi)相。