固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能量转换效率高和环境友好的新能源装置.综述了SOFC中固体电解质的研究进展,概述了ZrO2基、CeO2基、Bi2O3基和以掺杂的LaGaO3为代表的钙钛矿结构固体电解质的研究情况.稳定的高离子电导率固体电解质的研制及其薄膜化研究是降低SOFC工作温度的两个主要途径.     

Bi2O3基固体电解质材料研究进展

从Bi2O2的结构和Bi2O3的掺杂研究两方面综述了Bi2O3基固体电解质材料的研究进展.有关研究表明:高电导率所对应的相是δ相,这是由其独特的结构特征所决定的;掺杂离子半径的大小、组成和掺杂量皆对Bi2O3基固体电解质的电导率和稳定性有着很重要的影响.尽管目前Bi2O3基固体电解质的氧离子导电性是所有正在开发的固体电解质中最高的,但是其热稳定性以及离子导电性都还有待于进一步改进.     

固体氧化物燃料电池用CeO2基电解质的研究进展

作为一种高效的能源转换装置,固体氧化物燃料电池(SOFC)因具有高效率、环境友好和燃料灵活等优点受到广泛关注.电解质作为SOFC的核心部分,其性能的好坏直接决定SOFC的性能.SOFC使用的传统电解质材料是部分氧化钇稳定的氧化锆(YSZ),但因其工作温度高(约1000℃),由此带来电极材料的选择、密封等诸多困难.因此,开发适用于中低温下的电解质对推进SOFC的商业化进程至关重要.单元素掺杂的氧化铈基电解质在中低温下的电导率高于同温度下YSZ的电导率.然而,CeO2基电解质也存在以下不足:在低氧分压下,部分Ce4+被还原为Ce3+而产生电子电导;在中低温度下,晶界电阻较大而使总电导率降低.影响CeO2基电解质电导率的因素较多,如粉体的制备方法、烧结体的微观形貌、掺杂剂的种类和浓度.其中,较为重要的影响因素是掺杂剂的种类及其浓度、粉体的制备方法.针对以上问题,研究人员普遍认为,相比于单掺杂CeO2,元素共掺或多掺(尤其掺杂稀土元素)更有利于改善电解质的离子电导率,并降低电子电导率.掺杂元素的种类通常包括:稀土元素和部分碱土金属元素.除元素掺杂外,不同碳酸盐复合的CeO2基电解质也引起了研究人员的兴趣.在制备方法上,采用微波烧结、多元醇法、静电纺丝等不同粉体制备方法可得到高离子电导率的电解质,此外,将电解质薄膜化或采用脉冲激光沉积(PLD)在CeO2电解质基底上沉积一层隔膜都可以降低电子电导,提高电导率.本文结合最近几年学者们对CeO2基电解质的研究状况,简述了元素掺杂、粉体的制备方法以及电解质薄膜对CeO2基电解质电性能的影响,并对其发展进行了展望.     

固体氧化物燃料电池的电解质及电极材料的电导率研究方法

论述了晶体材料,重点是固体氧化物燃料电池组件的导电机理,介绍了影响电导率的几个因素。针对不同的电解质和电极材料,讨论了几种常用的测量电解质和电极总电导率、电子电导率以及离子电导率的方法,并指出在测量中需要注意的问题。     

Li2O助烧的Gd0.1Ce0.9O1.95烧结过程及其电导性能研究

氧化铈基电解质是中低温固体氧化物燃料电池最常用的材料之一。本研究利用密度泛函理论计算方法阐述了Li₂O和CeO₂分子之间的相互作用, 计算结果表明Li₂O对CeO₂具有助烧作用。在此基础上, 在氧化铈基电解质Gd_0.1Ce_0.9O_1.95(GDC)中掺入不同比例(0~5mol%)Li₂O, 通过烧结曲线测试及扫描电镜分析了其实际烧结过程, 并对其电化学性能进行了研究。实验结果表明, 添加Li₂O后, GDC的烧结开始收缩温度明显向低温偏移, 随掺杂量的增加, 最大收缩速率的温度也逐渐降低, 其中掺入2.5mol%Li₂O-GDC在650 ℃就开始迅速收缩, 900 ℃时相对致密度在99%以上; 添加Li₂O后, GDC总电导率提高, 同时电池开路电压没有降低。因此, Li₂O是一种很好的燃料电池氧化铈基电解质的助烧剂, 具有很好的应用前景。     

固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能量转换效率高、环境友好和燃料灵活的全固态发电设备,为能源资源的可持续发展提供选择.氧离子在固体电解质中是通过氧空位传导的,即增大氧空位浓度是提高离子电导率的关键,而高离子电导率的电解质材料促进了SOFC发展.综述了固体电解质的离子传输机制和ZrO2基电解质、CeO2基电解质、Bi2...     

中温固体氧化物燃料电池阳极基底及负载型电解质薄膜的研制

在用固相反应法合成电解质材料Ｌａ_０．９Ｓｒ_０．１Ｇａ_０．８Ｍｇ_０．２Ｏ_３－δ（ＬＳＧＭ）的基础上,研制出中温固体氧化物燃料电池ＬＳＧＭ＋ＮｉＯ阳极基底;考察了阳极基底孔隙率、孔径分布及电导率随组成变化的规律;研究了阳极基底组成、微观结构、制备工艺等对负载型ＬＳＧＭ电解质薄膜成膜过程及质量的影响和负载型电解质薄膜在还原气氛中的结构稳定性;采用湿化学物理方法及等静压烧结工艺成功地制备出了厚度为２０～５０μｍ的负载型致密ＬＳＧＭ电解质薄膜．研究表明;ＮｉＯ含量为６０％的阳极基底具有适宜的烧结收缩率、孔隙率与孔径分布,且比表面积与比孔容积均较大,适合作为ＳＯＦＣ的阳极．随着ＮｉＯ含量的增加,还原后阳极基底的电导率有所增大．其中低ＮｉＯ含量的阳极基底在还原后的初生态,其电导率在交变信号的诱导下发生弛豫现象而迅速增大,并由离子导电性转变为金属导电性．而高ＮｉＯ含量的阳极基底,其还原后的电导率随测量时间的延长变化很小,并从一开始就表现出金属导电的性质．采用无约束烧结程序制备的负载型ＬＳＧＭ电解质薄膜,表面为粗大的片状晶粒,还原后在晶界处产生裂纹．而采用等静压烧结程序制备的负载型ＬＳＧＭ电解质薄膜,表面为细小、形状规则的晶粒, 晶界结合紧密, 且还原后晶界无裂纹出现.     

钙钛矿结构固体电解质材料的研究进展

钙钛矿结构固体电解质材料由于其优越的导电性能而被人们发现并广泛研究.综述了SOFC中钙钛矿结构固体电解质材料的研究进展,概述了氧离子导体、质子导体、锂离子导体为代表的钙钛矿结构固体电解质的研究情况以及湿化学法制备中低温下工作的SOFC电解质材料的主要途径.     

固体氧化物燃料电池中电解质研究进展

从萤石结构型氧化物和钙钛矿结构型氧化物两个方面综述了固体氧化物燃料电池(SOFC)中电解质的研究进展.有关研究表明,掺杂剂的组成和掺杂量以及不同氧化物的结构对固体电解质的电导率和稳定性有着直接的影响.尽管目前已经进行了大量的关于固体电解质电导率促进作用机理的研究工作,但还未形成共识.同时,LaGaO3基钙钛矿型氧化物固体电解质具有广阔的应用前景.     

CeO2-Y2O3固体氧化物燃料电池的电化学性能

以Ｙ２Ｏ３掺杂的ＣｅＯ２为固体电解质,制备了电解质支撑的固体氧化物燃料电池。测定了Ｈ２－Ｏ２电池的电压－电流密度（Ｖ－Ｉ）和输出功率－电流密度（Ｐ－Ｉ）关系曲线。为抑制ＣｅＯ２基材料的电子导电性的影响,采用溶胶凝胶技术,在阳极与电解质间制备了一层１μｍ厚的ＹＳＺ薄膜,７５０℃时,电池开路电压由０．７３Ｖ上升到０．８２Ｖ,最大输出功率密度从３６ｍＷ／ｃｍ＾２增加到５４ｍＷ／ｃｍ＾２,增大５０％,证明ＹＳＺ阻挡膜确定能改善电池的电化学性能。     

铈基固体电解质的燃烧法制备及其导电特性

采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法制备出(CeO2)1-2x(Sm2O3)x前驱体粉末(SDC),并通过压片,1100℃烧结制备出SDC薄膜,相对密度为98.7%.前驱体粉末的XRD显示,G/M=0.5～3.0时均可制备出具有萤石立方体结构的粉末,TEM观察其粒径大小约为30～40nm.以四探针电极法测定固体电解质电导率σ发现,GNP法制备的SDC固体电解质在800℃时σ=0.0484S·cm-1,比Sol-gel法制备的电导率高.     

阳极支撑质子导体电解质固体氧化物燃料电池的制备及其性能研究

本研究采用高温固相反应法合成了BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.2O_3–δ(BCZY7)质子导体氧化物,对材料的物相结构和微观形貌进行表征和分析,并将BCZY7作为固体氧化物燃料电池(SOFC)的电解质,通过浸渍法和共烧结法成功制备了阳极支撑的NiO-BCZY7/BCZY7/La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3–δ(LSCF)-BCZY7钮扣式电池。以氢气(含3vol%H₂O)为燃料,空气为氧化剂,对电池的电化学性能进行测试。结果表明,在600、550、500℃时,电池的最高功率密度分别为203, 123, 92 mW·cm^–2,而传统(ZrO₂)_0.92(Y₂O₃)_0.08基SOFC在600℃时通常只有几十毫瓦的单位面积输出,质子导体...     

钴掺杂对氧化物燃料电池电解质Ce_(0.8)Y_(0.2)O_(1.9)性能的影响(英文)

采用共沉淀法制备了细的Ce0.8Y0.2O1.9(YDC)粉末,并将其应用于钴掺杂的YDC电解质材料。研究了钴元素对材料烧结性能和电性能的影响。结果表明,钴元素显著增加了材料的密度(烧结温度在1000℃时,其密度超过理论密度的98%)和电导率(750℃时0.99S/m),同时还发现小于1μm尺寸的晶粒具有高的电导率。     

高温燃料电池阴极材料La（Sr）MnO3的电导性能研究

用固相合成法合成了（Ｌａ１－ｘＳｒｘ）１－ｙＭｎＯ３（ｘ＝０～５，ｙ＝０～０．１）单纯相化合物。在空气中用直流四探针法测定了各组成的电导率。测试温度范围为１００～９５０℃。其中（Ｌａ０．７Ｓｒ０．３）０．９５ＭｎＯ３具有最大的电导率。讨论了Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ３的电导机理。     

管状YSZ电解质的制备及其在固体氧化物燃料电池中的应用*

以 8mol %钇稳定化氧化锆 (YSZ)为原料 ,以阿拉伯树胶为分散剂和粘接剂 ,采用改进注浆法制备出长度为 2 2 6～2 60mm、壁厚为 0 .4～ 0 .9mm的致密YSZ电解质薄管。设计并制出带有一定锥度的空芯石膏模 ,研究了球磨时间对成型料浆稳定性的影响 ,烧结温度对YSZ样品致密度的影响。研究结果表明 :球磨时间在 75～ 14 0min的范围内料浆的稳定性较好 ,随烧结温度的升高 ,样品的致密度提高。用这种YSZ薄管制成固体氧化物燃料电池 ,电池的电学性能随温度的升高而明显提高 ,三节电池串联的最大功率为 2 .2W。     

固体氧化物燃料电池(SOFC)制备方法的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是解决未来能源问题的一种重要的方法.而制备方法是SOFC研究的一个重要的方向.介绍了SOFC电极材料以及制备方法在国内外的研究进展,介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的阳极、电解质、阴极的制备及几种合成方法以及所取得的成果.     

低温固体氧化物燃料电池新型CeO2基复合电解质研究

采用一种钐掺杂的氧化铈(SDC)-碳酸盐复合物作为低温固体氧化物燃料电池(LTSOFC)的电解质.利用交流阻抗测试400～700℃不同气氛下的导电性能t电解质的电导率在大约500℃发生突变,表明传导机理发生改变;500℃以上电导率随碳酸盐组分增加而增大;还原性气氛下的电导率高于氧化性气氛下的电导率.以不同碳酸盐含量的电解质材料制备阳极支撑型单电池,运行中发现,在阴极和阳极侧均有水产生,说明同时存在氧离子和质子传导.电流-电压特性和功率特性显示,所有复合物电解质均有优于纯SDC电解质的电池性能,其中碳酸盐含量为20wt%时性能最好, 500℃开路电压为1.00V,最大功率密度达415mW·cm-2>.