中温固体氧化物燃料电池Nd_2NiO_(4+δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2–δ)复合阴极性能研究

研究了Nd_2NiO_(4+δ)(NNO)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2–δ)(CGO)复合化合物在中温固体氧化物燃料电池的性能,包括NNO-CGO复合阴极的烧结温度以及复合比例。采用流延法、丝网印刷法和高温烧结法相结合制备了尺寸为50 mm×50 mm的平板式NiO-YSZ阳极支撑SOFC。单电池是由Ni O-YSZ阳极支撑层、Ni O-YSZ阳极功能层、YSZ电解质层,CGO阻挡层,NNO-CGO复合阴极层以及La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3–δ)(LSC)集流层共同组成。研究结果表明,当70NNO-30CGO复合阴极烧结温度为1000℃,单电池在800℃展现出最大功率密度385 mW/cm~2(0.7 V),欧姆阻抗、极化阻抗和面积比电阻分别为0.31、0.266和0.576?·cm~2。电化学阻抗分析结果表明,电荷转移阻抗是电池极化阻抗的主要来源。测试后电池截面的SEM观察结果显示电池各层之间均展现出良好的烧结结合。同时,与前期研究结果比较可以发现,具有相同复合阴极层的电池增加CGO阻挡层后功率密度下降,欧姆阻抗增加,但极化阻抗却降低。     

La2NiO4+δ透氧膜材料的结构特点与性能

论了La     

(La,Sr)MnO3/YSZ和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ氧电极SOEC性能的比较研究

构建了氧电极材料分别为(La,Sr)MnO3/YSZ(LSM/YSZ)和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)的固体氧化物电解池(SOEC).在750℃、电流密度为0.25A/cm2的SOEC模式下,分别对两种类型的SOEC进行了约110h的电解实验.结果表明,LSM/YSZ可能是较好的SOEC氧电极材料.依据电化学表现、XRD和微观结构,阐述了两种类型SOEC氧电极性能表现的可能机理.     

La_(0.7)Sr_(0.3)NiO_3/壳聚糖/聚吡咯/牛血红蛋白修饰玻碳电极的制备及构建过氧化氢传感器

在玻碳电极上修饰一层表面均匀的聚吡咯膜,然后利用钙钛矿和壳聚糖的复合膜来固定牛血红蛋白(Hb),制备出性能良好的过氧化氢生物传感器.采用循环伏安(CV)和扫描电镜对修饰电极进行了表征.该传感器对H2O2具有好的催化响应,且响应快.在优化的实验条件下,所制备的传感器对H2O2的线性范围为7.0×10-6～1.5×10-3mol/L,检测限为9.0×10-8mol/L.     

Ce元素掺杂对YBaCo_4O_(7+δ)氧吸附/脱附性能的影响

本研究采用固态反应法制备了Ce掺杂的YBaCo_4O_(7+δ)氧吸附材料,对其进行了X射线衍射(XRD)分析和热重分析测试,研究了Ce掺杂对其氧吸附/脱附性能的影响。XRD分析结果表明:在x=0.10,0.15,0.20掺杂比例范围内,Ce很好地进入了YBaCo_4O_(7+δ)的晶格,具有单一的YBaCo_4O_(7+δ)的晶体结构,没有出现第二相。热重分析结果表明:从室温到1000℃,所有样品都经历了两次氧吸附过程,Ce掺杂的YBaCo_4O_(7+δ)样品最大氧吸附量明显高于YBaCo_4O_(7+δ)的最大氧吸附量。     

La_2CuO_(4+6)在加热过程中氧的逸出与电导率的变化

研究了 La_2CuO_(4+δ)试样在加热过程中氧的逸出及其对试样电导率的影响。结果表明 La_2CuO_(4+δ)试样的电导率与其所逸出的氧分子数密切相关。未经电化学充氧、即间隙氧含量较低的试样,在673K 和1073K 附近有两个氧逸出过程,前者为间隙氧的逸出,其导致 CuO_2平面空穴载流子浓度的降低而使试样的电导率显著下降;后者系晶格中的氧选出,使晶格中产生氧空位,但对试样电导率影响较小。经电化学充氧的间隙氧含量较高的试样,在533K 和673K 附近有两个脱氧过程,分别对应处于两种状态的间隙氧的逸出,两者均导致空穴载流子浓度的降低而使试样的电导率正著下降。     

Nd掺杂La_(5.5)WO_(12-δ)的制备及其性能研究

采用固相反应法成功制备了(La1-xNdx)5.5WO12-δ(x=1/3,1/2)质子-电子混合导体。运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分别对试样的物相结构、微观形貌进行了表征。测试了试样在湿润CO2气氛中的化学稳定性,应用交流阻抗法测定了其在空气和湿润5%H2/Ar气氛中的电导率,并研究了试样在不同温度、不同氢分压下的透氢量。结果表明,(La1-xNdx)5.5WO12-δ(x=1/3,1/2)经1 550℃烧结后均形成立方萤石结构的致密烧结体;试样在800℃湿润CO2气氛中均表现出良好的化学稳定性;试样在湿润5%H2/Ar气氛下的电导率明显高于空气气氛,在湿润5%H2/Ar气氛中850℃时,(La1/2Nd1/2)5.5WO12-δ的电导率达到6.58×10-3S/cm;在900℃、50%H2/N2时,厚度为1.56 mm的(La1/2Nd1/2)5.5WO12-δ透氢膜获得最大透氢量为0.079 m L/(min·cm2)。     

La2NiO4＋δ透氧膜材料的结构特点与性能

讨论了La2NiO4＋δ透氧膜材料的结构特点及氧渗透性能,对La2NiO4_ δ试样电子衍射谱的分析表明,其结构中由于填隙氧离子的存在及其有序化,出现了超结构现象,并根据此结构对衍射谱进行了指标化,同时探讨了结构特点与透氧机制之间的关系。     

基于DRT和ADIS的SOFC/SOEC电堆电化学阻抗谱研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)电堆的电化学分析和诊断是国际上的研究难点。明确多片电堆的本征电化学反应机理和性能规律, 是SOFC/SOEC技术实用化的关键。本研究采用弛豫时间分布法(DRT)耦合阻抗谱差异分析法(ADIS)对电堆在燃料电池模式和电解池模式下的复杂电化学行为进行了研究, 通过弛豫时间解析出各个过程对应的特征峰, 区分出不同的物理化学过程。研究表明, 电堆在SOFC模式运行时, 其氢电极含水量应大于20%, 而SOEC模式运行时, 含水量应小于80%, 以最小化电池的气体扩散阻抗。本方法可应用于SOFC/SOEC电堆的分析诊断, 简化电堆测量分析的复杂性, 有助于电堆衰减机理和原因的实时诊断, 并对电堆性能提高给出理论依据和指导建议。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Pr_(2-x)Sr_xCoO_(4+δ)的制备及性能研究

采用固相反应法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Pr2-xSrxCoO4+δ(x=0.8,1.0,1.2).通过XRD、SEM、热膨胀法、直流四探针法、交流阻抗谱法和循环伏安法对该体系材料的晶体结构、热膨胀系数、电导率和电化学性能进行了研究.结果表明,合成的粉体均形成了单相K2NiF4结构,Pr0.8Sr1.2CoO4+δ与电解质材料Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)在1100℃空气气氛下混合烧结,未生成杂相.材料的热膨胀系数随着Sr含量的增加而升高.800℃时样品的电导率均大于100S/cm.随着Sr含量的增加,极化电阻减小,Pr0.8Sr1.2CoO4+δ在空气中的极化电阻最小,700℃为0.29Ω·cm2。     

SOFC阴极材料La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)的甘氨酸-硝酸盐法合成与表征

通过甘氨酸-硝酸盐法制备出均质纳米粉体La0.6Sr0.4CoO3-δ(LSC),并采用TGA、XRD、BET和SEM等手段进行了表征;同时研究了600～800℃以LSC为阴极材料的单电池的输出性能。结果表明,产物在800℃时已形成钙钛矿相,且具有较高的比表面积,950℃为最佳烧结温度,可获得纳米级多孔显微结构,所得单电池输出性能显著提高;当电压为0.7V时,电池功率密度增幅随温度增加非常明显。     

RBaCo2O5+δ陶瓷的氧阻性能研究（英文）

用固相反应法制备了RBaCo2O5+δ(R=Y、Dy、Gd、Pr、Nd、Sm和Eu)系列陶瓷.用标准四探针法测量了它们从室温到600℃之间的电阻率变化.在温度较低时,它们的电阻率都随着温度的升高而减小,显示为半导体特征.当电阻率在某一温度达到最大值后,电阻率开始随着温度升高而缓慢增加,显示为半金属特征.进一步研究了RBaCo2O5+δ系列陶瓷在高温恒温时的电阻率随着环境气氛的变化情况.结果表明RBaCo2O5+δ陶瓷是一类潜在的氧阻传感器材料,并且它们的响应速率从快到慢顺序是YBaCo2O5+δ>DyBaCo2O5+δ>GdBaCo2O5+δ>PrBaCo2O5+δ>NdBaCo2O5+δ>SmBaCo2O5+δ>EuBaCo2O5+δ.以YBaCo2O5+δ陶瓷为例,在700℃恒温时,当从氧气氛切换到氮气氛时,由于晶格中氧的脱附导致电阻率先是快速上升,然后缓慢上升,并在90 s内达到最大平衡值.反之,当从氮气氛切换为氧气氛时,由于氧的吸附,电阻率迅速降低,约30 s内达到最小平衡值.     

双钙钛矿结构固体氧化物燃料电池阴极SmBaFe_(2-x)Co_xO_(5+δ)的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法制得双钙钛矿钐钡铁钴氧化物[SmBaFe_(2-x)Co_xO_(5+δ)(x=0,0.5,1.0,1.5)]系列阴极材料,并对制得的SmBaFe_(2-x)Co_xO_(5+δ)进行了测试。研究结果表明:制得的SmBaFeCoO_(5+δ)形成了单一的钙钛矿结构,颗粒较小,分散较均匀,颗粒之间连接性好并拥有适当的孔隙率,与电解质结合较致密,在Co掺杂量x=1.0,850℃条件下,制得的SmBaFeCoO_(5+δ)的极化界面电阻(Rp)最小为0.763,电导率最大达到58.68S/cm,在固体氧化物燃料电池(SOFC)领域具有较好的应用前景。     

CeO_2掺杂对La_(0.7)Ca_(0.3)CrO_(3-δ)低温烧结及电导性能的影响

LaCrO3基固体氧化物燃料电池(SOFC)连接材料存在难以在空气中致密化烧结、中温电导率差等缺陷。本文利用自燃烧工艺(auto-ignition process)制备La0.7Ca0.3CrO3-δ高活性粉体,掺入2%～8%(质量分数)CeO2作为烧结助剂,在1 400℃空气气氛下烧结获得了95.4%以上的高致密度,并且随着CeO2掺杂量的增加晶粒逐渐细化;掺入2%CeO2时La0.7Ca0.3CrO3-δ烧结样品的电导率最高,在空气中850℃达到52.7Scm-1,500℃时也能达到41.9Scm-1,约为同等条件下未掺杂La0.7Ca0.3CrO3-δ电导率的2.5倍,完全能够满足中温固体氧化物燃料电池连接材料的使用要求。     

A位阳离子无序对La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3结构和输运性能的影响

利用固相反应法合成了(La1-xDyx)2/3Ca1/3MnO3(x=0、0.1、0.2)材料,研究阳离子无序对微结构和电输运性能的影响。Rietveld方法拟合XRD结果表明,随着Dy掺杂浓度的增加,晶胞参数和Mn-O键长键角发生了明显的变化,造成MnO6八面体畸变。电输运性能显示:样品电导率随Dy掺杂量的增加而减小,其导电机制符合半导体小极化子模型。Dy掺杂浓度的增加使得钙钛矿ABO3的A位阳离子无序度增加,影响了样品的微结构;A位无序效应增强了载流子的晶格散射,抑制了电导率。     

稀土Sm掺杂的YbBaCo4O7+δ纳米粉体制备及其氧吸附性能的研究

采用溶胶凝胶制备了不同浓度Sm掺杂的YbBaCo₄O_7+δ氧吸附材料,并利用XRD分析、SEM和差热分析仪等仪器对其进行了结构、形貌、氧吸附/脱附性能分析,研究了不同浓度Sm掺杂对YbBaCo₄O_7+δ氧吸附/脱附性能的影响,测试结果表明：在较低掺杂浓度下,稀土元素Sm完全进入了Yb_1-xSm_xBaCo₄O_7+δ纳米粉体的晶格,Yb_1-xSm_xBaCo₄O_7+δ纳米粉体仍是单一的114相结构;稀土元素Sm掺杂对Yb_1-xSm_xBaCo₄O_7+δ纳米粉体的形貌影响较小。氧吸附/脱附性能测试结果表明：一定量的稀土元素Sm掺杂可以明显提高的YbBaCo₄O_7+δ纳米粉体的氧吸附性能,YbBaCo     

Co3O4/MoS2@TM异质结电极的制备及其析氧性能研究

电解水是一项有前景的大规模生产绿色氢能的技术。然而由于析氧反应(OER)的内在动力学缓慢,阻碍了这种能量转换技术的发展。这就需要高活性且稳定的电催化剂。因此本文采用简单的两步水热合成法在钛网上构筑了具有自支撑的异质结构Co_3O_4/MoS_2。所制备的Co_3O_4/MoS_2异质结催化剂在1 M KOH溶液中具有优异的OER催化性能,当电流密度达到10 mA·cm~(-2)时,所需过电势为306 mV,相应的塔菲尔(Tafel)斜率为51 mV dec~(-1)。催化剂表现出优异的OER催化活性源于异质结构以及Co_3O_4和MoS_2的协同作用。本工作为合理设计高效、低廉的复合型催化剂提供了有效的策略。     

电化学法制备Co(OH)2/Cu(OH)2异质结电极及其作为析氧电催化剂的研究

贵金属IrO₂和RuO₂被广泛认为是优异的析氧(OER)催化剂,但是高成本限制其应用与发展,故开发高效的非贵金属OER催化剂具有重大的实际意义和应用前景。采用简便的电化学法制备了一种三维异质结电极Co(OH)₂/Cu(OH)₂作为优良的OER催化剂。Co(OH)₂/Cu(OH)₂由于其三维异质结构,使其具有较大的比表面积和充足的活性位点,同时调节了表面Co的电子结构进而提高OER活性,表现出优良的催化性能。在1mol/L KOH溶液中,Co(OH)₂/Cu(OH)₂能在270mV的低过电位下达到10mA/cm²,并且能保持在100mA/cm²的大电流密度下较长时间进行OER反应,是一种优良的OER催化剂。