固体氧化物燃料电池封接材料和封接实验研究

平板式固体氧化物燃料电池组元材料的封接一直是困扰SOFC快速发展的瓶颈.实验选定封接材料的组成,通过球磨7h～8h后,1300℃～1600℃高温熔融,快速水淬冷却,获得玻璃状材料,球磨后过175 μ m的筛得到实验用封接材料粉末.热膨胀性能测试结果表明,封接材料的热膨胀系数与电解质和金属连接体在同一数量级,表现出良好的热匹配性.将7种封接材料用于电解质与连接体的连接,从900℃到1300℃分别进行了封接实验,确定了S1,S3,S5,S6和S7最适宜的封接温度.对封接样品进行热循环试验,用吸红实验检验气密性,结果显示,使用封接材料S5和S7的封接样品,封接效果较为理想.扫描电镜观察封接界面的微观形貌表明,封接材料与电解质连接较好,但与金属连接不够紧密.实验结果显示,S1,S3,S5,S6和S7均可用于金属与陶瓷的封接,其中,S5,S6和S7的性能更为稳定.     

固体氧化物燃料电池的研究进展

回顾了固体氧化物燃料电池的发展历史以及目前发展状况。介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理以及作为燃料电池的阳极、阴极、电解质和连接材料的选择依据。评述了分别应用于阳极、阴极、电解质以及连接材料的材料目前的研究状况和面临的一些问题。最后提出了固体氧化物燃料电池能够得以应用必须解决的一些瓶颈因素。     

固体氧化物燃料电池材料的发展前景

简要评述了固体氧化物燃料电池（SOFC）材料体系,以及研究开发这一材料体系需要注意的一些关键技术问题。我国丰富的稀土资源可用于开发固体氧化物燃料电池材料,同时具有较好的工业基础和研究实力,这类材料在我国将具有广阔的市场。     

等离子喷涂技术在固体氧化物燃料电池中的应用

介绍了等离子喷涂制备固体氧化物燃料电池（SOFC）中的电解质、阴阳极及其功能组件的研究进展,分析了其中的关键技术.研究表明：采用等离子喷涂,通过选择适当的粉末原料,工艺优化和改进送粉方式,可以得到满足SOFC要求的致密电解质,多孔阴极和阳极.三者的厚度均为30～50 μm,SOFC总厚度低于100～120μm,可以将固体氧化物燃料电池的运行温度降低到中温800℃下的范围,降低电池运行温度,从而降低了对相关材料的要求和运行成本.     

固体氧化物燃料电池连接体材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是高效、洁净、全固态的电化学装置,是发展比较快的能源技术之一.本文总结了SOFC关键组件连接体材料的研究进展,详细论述了近年发展起来的金属连接体材料的研究状况,总结了目前研究比较广泛的Ni基、Fe基、Cr基连接体合金的性能特点和存在的主要问题,最后介绍了经过表面处理的Fe-Cr基合金应作为SOFC金属连接体材料的研究重点.     

固体氧化物燃料电池合金连接体涂层材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)向中温化发展,使得用金属材料作连接体成为可能.但是金属连接体在SOFC工作的高温氧化和湿氢环境中,其使用寿命受到严重限制,需要表面保护层.常用钙钛矿结构和尖晶石结构类的氧化物作为金属涂层材料.在合金表面涂覆致密氧化物涂层很关键,通过涂层材料与合金挥发出的Cr类元素之间的化学反应,可以降低Cr挥发,减弱Cr对阴极的毒化,阻止合金的进一步氧化.涂层材料还需要有高的电子电导率,与合金匹配的热膨胀性能,以降低界面电阻,防止涂层脱落.目前,还没有哪一种材料能够满足这多方面的要求,因此合金保护涂层材料还需要进一步的研究.     

固体氧化物燃料电池金属连接体腐蚀研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)常用廉价、易加工、导电性强的铁素体不锈钢作为连接体材料。然而,SOFC电堆中苛刻环境限制连接体的使用。本文介绍了近年来连接体材料腐蚀行为的研究现状,综述了空气、燃料气氛、双重气氛、微量合金元素、接触环境等因素对连接体腐蚀的影响规律,系统地阐述了连接体材料的腐蚀机理,并指出连接体腐蚀行为研究中存在的不足以及未来发展方向。     

涂层在固体氧化物燃料电池金属连接体中的应用

固体氧化物燃料电池工作温度的降低,使铁素体不锈钢用作连接体成为了可能。这类连接体具有热导率高、导电性能好、热膨胀性匹配等优点,但也存在一些问题,如高价Cr的挥发以及抗氧化性弱等。涂层可以改善铁素体不锈钢的相关性能。本文综述了稀土氧化物涂层、钙钛矿涂层以及尖晶石涂层的涂层类型和涂覆方法,比较了在金属连接体中的应用效果。     

固体氧化物燃料电池铬酸镧连接材料研究现状

掺杂二价减土金属的铬酸镧是目前研究最深入，应用效果最好的固体氧化物燃料电池（SOFC）的连接材料，它几乎占整个SOFC制造成本的一半，本文就其研究现状进行了综述。     

固体氧化物燃料电池阴极材料第一性原理研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换效率高和燃料适应性广等突出优势,被认为是未来最有前景的清洁能源技术之一。目前SOFC研究热点是降低工作温度到500～800℃中低温区,以降低运行成本、增加可靠性,进而加速SOFC的商业化进程。阴极作为SOFC的重要组元,合理的设计和优化中低温下对氧还原反应具有较高催化活性的阴极材料至关重要。具有钙钛矿结构或由钙钛矿结构衍生出的层状结构的电子-离子混合导电型（MIECs）氧化物是目前研究最多的SOFC阴极材料。第一性原理可以弥补实验方面信息的缺失,能够提供电子结构、几何参数、吸附能及过渡态等相关信息,可以为合理设计和开发高性能的新型SOFC阴极材料提供科学依据和理论指导。本文通过对钙钛矿阴极氧空位的形成及迁移,氧分子在阴极（包括贵金属引入）表面上的吸附、解离、扩散过程及其规律进行了综述并总结了我们前期的研究成果,最后针对当前研究存在的问题及今后钙钛矿阴极的计算模拟研究方向进行了总结与展望。     

Thermal Plasma Spraying Applied on Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs), attractive for diverse applications in a broad range from small portable and auxiliary power units, up to central power systems, are conventionally produced by sintering methods. However, plasma spraying promises some advantages particularly for cells with metal support. In the present paper, research activities conducted in recent years at DLR as well as latest developments on plasma sprayed functional layers for SOFC as cathodes, electrolytes, and anodes are reported. Power densities of more than 800 mW/cm² were achieved for plasma sprayed single cells of 12.56 cm² size, and 300 mW/cm², respectively, with a 250 W stack made of 10 cells. These values were attained at 0.7 V and 800 °C, with H₂:N₂ = 1:1 as fuel gas and air as oxidizing gas. Furthermore, continuous operation of more than 5000 h was attained with a plasma sprayed metal-supported SOFC stack which could also withstand more than 30 redox and thermal cycles.     

钙钛矿结构固体氧化物燃料电池阳极材料研究

钙钛矿型氧化物(ABO3)由于其混合导电能力及其在高温氧化还原气氛下具有较好电催化活性和化学稳定性,而且对硫、碳、氧具有良好的容耐性,因此被广泛应用于作为固体氧化物燃料电池的阳极材料.概述了阳极材料的特点及钙钛矿结构的阳极材料的进展情况,对钙钛矿结构的阳极材料的制备方法及性能进行了总结.     

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.     

铬基合金连接体材料在固体氧化物燃料电池中的应用

主要介绍了固体氧化物燃料电池（SOFC）的铬（Cr）基合金连接体材料的发展现状。Cr基合金具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性和导电性能等，是目前连接体材料中的研究热点之一。在SOFC阴极环境中，容易形成氧化层，同时由于Cr的扩散和挥发还可能导致阴极中毒，合金中掺杂稀土元素（Y、La、Ce和Zr）可以抑制Cr2O3层的生成。在阳极环境中，Cr基合金的表现优于阴极。与Al2O3、NiO、MgO和TiO2等相比，Cr2O3基氧化层具有较好的综合性能，其耐高温（1100℃）、热膨胀系数（9．6×10^-6K^-1）和YSZ电解质（10．8×10^6K^-1）相近、且具有较好的导电性。目前，Cr基合金的研究重点是氧化物弥散强化（ODS）合金，使用最多的是Cr5FelY2O3，其热膨胀系数为9×10^-6K^-1～10×10^-6K^-1（1000 ℃），抗氧化性能较好。     

铬基合金连接体材料在固体氧化物燃料电池中的应用

主要介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的铬(Cr)基合金连接体材料的发展现状.Cr基合金具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性和导电性能等,是目前连接体材料中的研究热点之一.在SOFC阴极环境中,容易形成氧化层,同时由于Cr的扩散和挥发还可能导致阴极中毒,合金中掺杂稀土元素(Y、La、Ce和Zr)可以抑制Cr2O3层的生成.在阳极环境中,Cr基合金的表现优于阴极.与Al2O3、NiO、MgO和TiO2等相比,Cr2O3基氧化层具有较好的综合性能,其耐高温(1100 ℃)、热膨胀系数(9.6×10-6K-1)和YSZ电解质(10.8×10-6K-1)相近、且具有较好的导电性.目前,Cr基合金的研究重点是氧化物弥散强化(ODS)合金,使用最多的是Cr5Fe1Y2O3,其热膨胀系数为9×10-6K-1～10×10-6K-1(1000 ℃),抗氧化性能较好.     

Influence of Atmospheric Plasma-Sprayed Composite Cathode on the Performance of Solid Oxide Fuel Cells

Ni-Al2O3 cermet supported tubular solid oxide fuel cells(SOFCs)with different cathodes were fabricated by thermal spraying.The anode,electrolyte and cathode were deposited by atmospheric plasma spraying(APS)aimed at reducing the manufacturing cost of SOFCs.Three porous composite cathodes of lanthanum strontium manganite(LSM)and yttria-stabilized zirconia(YSZ),lanthanum strontium cobalt oxide(LSC)and YSZ,LSC and scandia-stabilized zirconia(ScSZ)were prepared to investigate influence of cathode constitutions on the cell’s performance.The electrode polarization can be improved through using a composite cathode.The maximum power density of the cell with APS YSZ electrolyte and LSC/ScSZ composite cathode is increased about 12%than pure LSM cathode.The maximum output power density of the cell with APS ScSZ electrolyte and LSC/ScSZ composite cathode reaches 1.0 W/cm 2 at 1000 o C.The further optimization of the performance of plasma-sprayed composite cathode can be made through improving the interface contact between YSZ electrolyte and composite cathode.     

NiO包覆YSZ固体氧化物燃料电池阳极材料的制备研究

采用包覆沉淀法制备NiO包覆YSZ阳极粉。用包覆沉淀法在YSZ颗粒表面均匀包覆一层氧化镍，600℃下煅烧得到NiO-YSZ固体氧化物燃料电池阳极粉。应用此材料制备的SOFC阳极在1400℃烧结4h。经过SEM扫描电镜分析，高温电导测试，用这种方法制备的SOFC阳极中，NiO分布更加均匀，YSZ、NiO交替排布并有效的连接在一起，使阳极结构得到优化，电池性能提高。     

固体氧化物燃料电池Cr毒化阴极的研究进展

合金连接体中挥发出来的气态Cr6+是造成固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减的重要原因之一。目前对Cr毒化SOFC阴极的机理尚未形成统一认识,电化学反应模型认为Cr参与了阴极的电化学氧还原反应过程,并沉积在三相反应界面处;化学反应模型认为,Cr沉积是由形核反应驱动的,电极内的形核剂是Cr沉积的决定因素。本文综述了近十年来Cr毒化SOFC阴极方面的研究进展,尤其是Cr对阴极和电解质的电子和氧离子传输性质的作用。     

NiO包覆YSZ固体氧化物燃料电池阳极材料的制备研究

采用包覆沉淀法制备NiO包覆YSZ阳极粉.用包覆沉淀法在YSZ颗粒表面均匀包覆一层氧化镍,600 ℃下煅烧得到NiO-YSZ固体氧化物燃料电池阳极粉.应用此材料制备的SOFC阳极在1400℃烧结4 h.经过SEM扫描电镜分析,高温电导测试,用这种方法制备的SOFC阳极中,NiO分布更加均匀,YSZ、NiO交替排布并有效的连接在一起,使阳极结构得到优化,电池性能提高.