喷雾裂解法制备LSCF球形粉体

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)钙钛矿型复合氧化物具有优良的电子-离子混合导电性能,是目前温固体氧化物燃料电池(SOFC)最理想中的阴极材料之一。以水和乙醇作为溶剂,按照La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)的元素摩尔比为6∶4∶2∶8的元素比配制溶液,采用超声喷雾裂解方法,在700℃时通过喷雾裂解制备球形LSCF粉体。该粉体和GDC电解质按照7∶3的比例,制备阴极浆料,涂于NiO-GDC||GDC半电池电解质表面,并在1150℃烧结制备电池阴极。通过SEM、XRD等表征手段研究粉体以及电池阴极结构,并研究了LSCF-GDC复合阴极材料的电性能。研究表明,该电池在750℃条件下的电池性能达到了553 m W·cm~(-2),电池性能比固相法制备的阴极粉体性能高出111 m W·cm~(-2),展现了较好的电催化活性。     

Co_3O_4浸渍La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)复合阴极的制备及电化学性能

分别以固相反应法和甘氨酸法合成La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3(LSCF)阴极粉体和Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)电解质粉体。机械混合后,经压制烧结得到多孔LSCF-SDC复合阴极,通过水热法对多孔LSCF-SDC阴极浸渍Co_3O_4。研究Co_3O_4浸渍后的复合阴极的微观形貌和电化学性能。实验结果表明,对多孔LSCF-SDC阴极浸渍含Co盐溶液,经700℃焙烧后,在阴极表面形成针状Co_3O_4颗粒。浸渍处理使700℃下LSCF-SDC复合阴极的界面阻抗由0.49Ω·cm~2降低至0.19Ω·cm~2,阴极的氧还原反应活化能由1.52 eV降低至1.03 eV。此外,Co_3O_4浸渍阴极使700℃下单电池的功率密度由180 mW·cm~(-2)提高至260 mW·cm~(-2)。实验结果揭示,通过Co_3O_4浸渍,可有效提高LSCF-SDC复合阴极和燃料电池的电化学性能。     

固体氧化物燃料电池阴极材料LSCF纳米纤维的静电纺丝法制备

采用溶胶–凝胶–静电纺丝法制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ(LSCF)纳米纤维。分析了LSCF纳米纤维的结构和形貌。结果表明:所制备的LSCF纳米纤维为内部微晶排列有序、均匀的多晶纤维,纤维直径约为200nm,长度分布为10~30μm,经1100℃煅烧后仍然保持纤维状。以LSCF纤维作为阴极,制备了固体氧化物燃料电池(SOFC)纽扣电池(GDC+NiO║GDC║LSCF)及其阴极对称电池(LSCE║GDC║LSCF)。单电池的阴极阻抗和电化学性能测试表明,LSCF纳米纤维阴极具有较高的电化学活性和较低的极化阻抗,以氢气为燃料、空气为氧化剂,在650和700℃工作温度下,单电池的最大功率密度分别为0.82和1.07W/cm2;在工作温度分别为600、650、700和750℃下,其阻抗分别为1.09、0.78、0.32和0.11·cm2。     

表面修饰对镧锶钴铁阴极材料电化学性能的影响

通过柠檬酸-EDTA络合法制备固体氧化物燃料电池阴极材料La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(LSCF)粉体。以Sm_0.2Ce_0.8O_1.9(SDC)为电解质,制备了LSCF/SDC/LSCF对称电极。采用浸渍法在LSCF/SDC/LSCF两侧浸渍La(NO₃)₃、Ni(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃混合溶液,850℃烧结后得到表面修饰后的阴极材料。研究了浸渍烧结后表面修饰阴极材料的物相结构特征、电化学交流阻抗、电化学催化活性及单电池输出性能。结果表明:通过浸渍法在LSCF阴极表面形成了与LSCF结构相似的La_0.62Sr_0.38Ni_0.03Co_0.19Fe_0.78O_3-δ(LSNCF)固溶体,在表面产生的纳米颗粒提升了阴极材料对O2的吸附解离能力,并表现出较低的极化阻抗,在800℃时LSNCF阴极材料的极化面电阻为0.083Ω·cm²,在800℃连续工作7 200 min后,LSNCF阴极材料对称电池极化阻抗为0.117Ω·cm²。以Ni-SDC为阳极,SDC为电解质,LSNCF为阴极组装阳极支撑单电池,在750℃时最大功率密度为693 m W/cm²。     

实心多孔支撑体全膜化微型固体氧化物燃料电池的制备及性能

提出一种实心多孔支撑体全膜化微型固体氧化物燃料电池(micro solid oxide fuel cell,μSOFC)设计模型.电池用氧化钇部分稳定的氧化锆[(ZrO2)0.97(Y2O3)0.03,partially stabilized zirconia,PSZ]多孔陶瓷作为支撑体,在其上制备NiO-YSZ阳极层,分别采用离心和浸渍两种成膜工艺制备YSZ电解质膜,以La0.8Sr0.2MnO3-YSZ复合材料为阴极,对组装好的单电池进行了电化学性能测试.在850℃和800℃时,离心沉积工艺制备的单电池最大输出功率密度分别为286 mW/cm2和254 mW/cm2,而浸渍涂布法制备单电池的最大输出功率密度则分别达到572 mW/cm2和388 mW/cm2.电化学阻抗谱显示;电极极化是影响电池性能的主要因素.     

Cu掺杂SmBaCo_2O_(5+δ)作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究

采用EDTA-甘氨酸法制备了SmBaCo_(2-x)Cu_xO_(5+δ)(SBCC_x,x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)阴极材料,研究不同Cu掺杂量对SBCC_x材料的晶体结构、热膨胀系数、电导率及电化学性能的影响。结果表明,在SmBaCo_2O_(5+δ)阴极材料的Co位掺入Cu,材料的晶胞体积逐渐变大,热膨胀系数将随着Cu的加入而逐渐降低,与Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)电解质热匹配性良好。以SBCC1.0为阴极,SDC为电解质,N-SDC为阳极支撑的单电池在750℃时输出功率达到346 mW·cm~2,这得益于SBCC1.0在750℃时电导率值为133S·cm~1和较小的极化电阻0.154Ω·cm~2。     

新型双钙钛矿基对称固体氧化物燃料电池的制备及性能

采用柠檬酸-硝酸盐燃烧法制备PrBaFe_2O_(5+δ)(PBFO)和PrBaFe_(1.6)Ni_(0.4)O_(5+δ)(PBFNO)电极材料,用高温固相法制备La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3–δ)(LSGM)电解质。以LSGM为电解质,PBFNO及PBFNO-SDC分别为对称电极制备单电池。利用X射线衍射法研究材料的物相结构,交流阻抗法记录界面极化行为,扫描电子显微镜观察电池的断面微结构,用自组装的测试系统评价电池输出性能。结果表明:合成的PBFO和PBFNO粉体呈现单一的钙钛矿结构;Ni掺杂能够明显改善空气气氛下的界面极化行为,800℃时电极–电解质的界面极化阻抗由1.94?·cm~2降低到0.39?·cm~2。通过PBFNO与SDC复合能够明显增大电极的三相反应界面,提高电池输出性能,单电池在800℃时的最大功率输出密度从332mW/cm~2增大到372mW/cm~2。PBFNO-SDC复合电极是潜在的对称固体氧化物燃料电池电极材料。     

阳极功能层对SOFC单电池电性能的影响

采用水系流延(含双层水系流延)技术流延电解质/阳极(阳极功能层),叠压共烧技术制备大规格阳极支撑型半电池,利用丝网印刷技术印刷LSM-YSZ阴极,经烧成后获得单电池,对比研究了阳极功能层对SOFC单电池电性能的影响。采用SEM、电子负载及电化学工作站对单电池结构和电性能进行了表征。研究结果表明,阴极、电解质、阳极功能层和阳极支撑层之间结合紧密,阳极功能层的结构均匀,平均孔径为1.12μm。在单电池中增加阳极功能层,单电池以H_2+3%水蒸气为燃料气,空气为氧化气在750℃的最大功率密度由0.21W/cm~2变为0.31W/cm~2,极化阻抗由0.98Ω·cm~2降至0.69Ω·cm~2,单电池放电100h后衰减率由6.94%降至2.63%,衰减率降低了62.1%。     

复合阳极Ni-Fe/Ce0.9Gd0.1O1.95在阴极支撑单电池的性能及其表征

为了提高固体氧化物燃料电池在中温条件下的电性能,探索了一种双金属阳极的阴极支撑单电池。单电池以La_0.6Sr_0.4CoO₃（LSC）-Ce_0.9Gd_0.1O_1.95（GDC）为阴极支撑体,旋涂了甘氨酸-硝酸盐法制备的La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ（LSGM）电解质及Sm_0.2Ce_0.8O_1.9（SDC）缓冲层,涂覆了由硬模板法和浸渍法结合制备的Ni-Fe/GDC双金属阳极。对制备材料进行了XRD和微观形貌分析,单电池电化学测试在800 ℃和750 ℃下,以氢气为燃料的最大功率密度达0.73 W/cm²和0.64 W/cm²,以甲烷为燃料时达0.41 W/cm²和0.40 W/cm²。测试后的SEM表明,阳极具有多孔的微观结构,金属颗粒均匀包覆蠕虫状GDC,保证了单电池具有较高的发电性能。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料LaFe1-xCuxO3-δ的制备与性能研究

采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法合成了LaFe1-xCuxO3-δ(LFC)阴极粉体和Gd0.1Ce0.9O2-δ(GDC)电解质粉体,构建了对称固体氧化物燃料电池LFC/GDC/LFC。利用X射线衍射法(XRD)研究LFC材料的物相结构以及与电解质GDC的化学相容性,采用直流四端子法测试了阴极的电导率,采用交流阻抗法记录界面极化行为,通过扫描电子显微镜(SEM)观察对称电池的断面微观结构。结果表明:合成的LFC粉体(x≤0.2)均呈现单一的钙钛矿结构,且与电解质GDC在低于900℃具有良好的化学相容性;B位掺杂Cu元素能够提高阴极材料的电导率,700℃左右在x=0.2时其电导率最大为104 S·cm-1;极化阻抗随着Cu2+掺杂量的增加而减小,x=0.2时在750℃空气气氛下的电极与电解质间的极化阻抗Rp最小为0.237Ω·cm2。     

中温固体氧化物燃料电池Gd1-xSrxCoO3-δ系阴极材料的制备及性能测试

采用甘氨酸-硝酸盐法(the glycine-niwate process,GNP)合成了新型中温固体氧化物燃料电池(intermediate temperature solid oxide fuel cell,IT-SOFC)阴极材料Gd1-xSrxCoO3-δ(x=0～0.5),所合成的初始粉体在800℃下煅烧12h后均形成了钙钛矿结构的单相固溶体.对该体系材料的电导率、界面阻抗进行了系统的研究后发现,Gd0.8Sr0.2CoO3-δ的电导率在600℃时达到了559 S/cm,CJd0.8Sr0.2CoO3-δ与Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)在600℃和700℃ 的界面阻抗分别为0.34 Ω·cm2和0.11 Ω·cm2,活化能为仪98.4 kJ/mol,预示其可以作为IT-SOFC较为理想的阴极备选材料.此外,通过调整Gd0.8Sr0.2CoO3-δ与GDC的比例可以制备出热膨胀系数与GDC电解质匹配、性能良好的Gd0.8Sr0.2CoO3-δ、GDC复合阴极材料.     

H2S固体氧化物燃料电池复合质子传导膜的制备及性能

采用传统工艺制备了微米级与采用溶胶-凝胶法制备了纳米级Li2SO4 Al2O3、Li2SO4 Na2SO4 Al2O3和Li2SO4 Li2WO4 Al2O3三种不同的H2S固体氧化物燃料电池质子传导膜,并用扫描电镜(SEM)对膜进行了表征,纳米膜的结构较致密和紧凑,性能较好.温度提高,电解膜的离子传导率开始增加,达到最大值后基本保持不变.实验结果表明,Li2SO4 Na2SO4 Al2O3和Li2SO4 Li2WO4 Al2O3复合膜比Li2SO4 Al2O3膜具有更好的传导性和电化学性能.复合Li2SO4 Li2WO4 Al2O3电解膜电池操作温度高于700℃时,其传导率与电化学性能较好.复合Li2SO4 Al2O3膜电池的操作温度较低,在650～700℃之间,其传导率与电化学性能较差.纳米电解膜的电池性能和化学稳定性比微米电解膜电池好.研究了由H2S、(MoS2 NiS Ag 电解质 淀粉)/ 电解膜/(NiO Ag 电解质 淀粉)、空气构成的燃料电池在680～750℃和101.13 kPa时的电化学特性,对纳米Li2SO4 Li2WO4 Al2O3复合膜电池,当操作温度为750℃时,电池的最大输出功率密度高达130 mW·cm-2,相对应的电流密度为175 mA·cm-2.     

以Ni-YSZ和Sm0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3-δ为电极的微管固体氧化物燃料电池的制备及电化学性能（英文）

分别以Ni-YSZ中空纤维为阳极和Sm0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3–δ–Sm0.2Ce0.8O1.9（SSFCu-SDC）为阴极制备了微管固体氧化物燃料电池（SOFC）。利用扫描电子显微镜（SEM）、电化学工作站表征了微管单电池的显微结构与电化学性能。SEM分析表明,采用相转化法制备的Ni-YSZ中空纤维阳极呈特殊的非对称结构,主要由中间海绵状结构和内外两侧的指孔状多孔结构构成。通过真空辅助浸渍涂覆法和与阳极共烧技术在阳极支撑体上制备了致密的YSZ电解质膜和SDC过渡层。分别采用湿氢为燃料和静态环境空气为氧化剂测定了制备的微管单电池在650～750℃时的电化学性能。结果表明,该微管单电池具有高的输出性能,在750、700℃和650℃时的最大功率密度分别可达到485.9、382.7mW/cm2和260.3mW/cm2。     

复合电解质BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(2.9)–Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)的化学稳定性

采用溶胶―凝胶燃烧法制备BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(2.9)(BCY)和Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)(GDC)粉末,并通过机械混合法制备不同摩尔比的BCY―GDC复合电解质粉末,在1 450℃烧结5 h获得BCY―GDC复合电解质。研究了复合电解质的化学稳定性及电化学性能稳定性。结果表明:BCY–GDC复合电解质在CO_2和沸水中的稳定性均高于单相BCY;当BCY―GDC复合电解质中的BCY摩尔分数小于70%时,试样在CO_2气氛和沸水中都具有良好的化学稳定性。基于BCY:GDC摩尔比为1:1的BCY―GDC复合电解质的单电池,在700℃工作20 h内的最大功率密度的稳定性高于基于BCY电解质的单电池。     

直接甲烷燃料的SOFC复合阳极制备及研究

积碳是限制直接碳氢燃料电池阳极发展的瓶颈问题。本文采用浸渍法,在固体氧化物燃料电池Ni/YSZ阳极上制备纳米Ru层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)对阳极成分和结构进行表征发现:显微结构良好的Ru催化层和纳米级Ru颗粒均匀的分散于Ni-YSZ阳极内部。以甲烷为燃料,单电池在750℃的温度下,浸渍了0.67 mol%Ru的Ru-Ni-YSZ||YSZ||Ag单电池获得最大功率密度可达374 mW/cm~2。电池恒电流200 mA/cm~2条件下进行运行,电压维持在0.85 V连续运行20 h没有发生降低。相较于未浸渍的单电池,添加了Ru层的电池的电性能及抗积碳性能获得明显提高。     

溶胶-凝胶法低温制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)及其复合电解质的中温燃料电池性能

以三氧化二钐、浓硝酸、硝酸铈铵、柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法低温(900℃)制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)(SDC),低于通常高温烧结温度(1400℃),并与(Li/K)_2CO_3共熔体进行复合。采用DSC-TGA确定制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)的烧结温度。XRD结果表明,(Li/K)_2CO_3与Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)复合后没有发生化学反应。SEM图像表明,SDC粒径均匀一致,(Li/K)_2CO_3作为SDC颗粒黏结剂均匀覆盖SDC颗粒表面。采用电化学工作站研究了复合电解质在400~600℃下干燥氮气气氛中的电导率。结果表明,温度为600℃时,复合电解质在干燥氮气气氛中的电导率达到最大值3.3×10~(-2)S/cm,高于单一二氧化铈材料在相同条件下的电导率。氧分压与电导率关系曲线表明,复合电解质具有良好的氧离子导电性。H_2/O_2燃料电池性能测试表明复合电解质Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)-(Li/K)_2CO_3(SDC-SG-LK)在600℃开路条件下的电解质阻抗、极化阻抗分别为3.13W·cm~2、0.81W·cm~2,最大输出功率密度为130m W/cm~2。     

阳极NiO/YSZ含量对SOFC电化学性能的影响

采用水系流延技术制备电解质,利用涂覆法分别在电解质面涂覆Ni O/YSZ阳极和LSM/YSZ阴极得到电解质支撑型单电池。采用SEM和电化学工作站等测试手段分别对半电池的结构和单电池的电性能进行表征。研究结果表明,经1500℃保温2h烧成电解质,经1250℃保温2 h烧成半电池,电解质表面致密,阳极与电解质结合性好。Ni O/YSZ=6∶4阳极的单电池以氢气+3%H2O为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行的最大功率密度为0.20 W/cm2,极化阻抗为0.98Ω·cm2。     

水热原位生长制备致密氧化铈基固体氧化物燃料电池隔离层

面向高性能固体氧化物燃料电池(SOFC)低成本制备及长寿命运行需求,提出了一种致密氧化铈基隔离层的制备方法。将阳极支撑半电池的Y₂O₃稳定ZrO₂(YSZ)电解质浸没于硝酸钆和硝酸铈水溶液中,并在180℃水热条件下处理36 h,获得了原位生长的致密Gd₂O₃掺杂CeO₂(GDC)薄膜;进一步将其与La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3–δ阴极在1 075℃共烧结,得到阳极支撑SOFC单电池。结果表明,水热原位生长制备的GDC隔离层连续且致密,组成约为Gd_0.044Ce_0.956O_2–δ,厚度约为0.23μm;阳极支撑单电池在750℃的欧姆阻抗约为0.101Ω·cm²,相较于传统丝网印刷GDC隔离层单电池降低了约38%,在室温加湿氢气燃料下的最大功率密度达到...     

固体氧化物燃料电池LnBaCo_2O_(5+δ)-La_(10)Si_6O_(27)复合阴极的制备

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,利用溶液浸渍法,制备了具有阴极与电解质一体化离子传导路径的LnBaCo2O5+δ-La10Si6O27(Ln=Gd,Sm,Nd)复合阴极。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了阴极相结构、微观形貌。利用交流阻抗谱对电极的性能进行了研究。结果表明,SmBaCo2O5+δ-La10Si6O27复合阴极在空气中的界面极化电阻最小,700℃为0.518Ω.cm2。     

EDTA-柠檬酸复合络合法制备阴极材料La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3粉体

本文采用EDTA-柠檬酸复合络合法制备了SOFC阴极La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3纳米粉体。并分别通过SEM、TEM、XRD及电化学极化阻抗仪对La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3粉体形貌、尺寸、晶相及电化学性能进行了表征。实验结果表明:采用EDTA-柠檬酸复合络合法获得的干凝胶,经800℃煅烧后可获得粒径为20~30 nm、结晶度高的钙钛矿结构的La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3纳米粉体。以La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3粉体及添加20wt%的GDC粉体制备成的复合阴极在700℃下的极化阻抗为0.15Ω·cm~2、电导率为715 S·cm~(-1)。