相转化法制备锥管状阳极支撑SOFC

利用相转化法制备了锥管状NiO-YSZ阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)。讨论了不同造孔剂对阳极支撑体机械性能及微观结构的影响,结果表明,以石墨作为造孔剂时阳极支撑体的综合性能相对较好。以氢气为燃料的单电池测试结果表明,800℃时电池的最大面积比功率为410mW/cm2。交流阻抗谱结果显示电池极化电阻是影响电池性能的主要因素。     

注浆成型制备阳极支撑型SOFC及其性能

采用传统的注浆成型法制备Ni基复合阳极,然后在阳极上浸渍YSZ薄膜,高温1400℃烧结4h,得到厚度约6μm且无孔致密的YSZ膜,将LSM和YSZ调制成浆料做复合阴极,并对电池的微观结构和相关性能进行测试。电池以加湿氢气为燃料,控制氢气流量为75mL/min,空气作为氧化剂,测量温度在600～850℃,电池最高比功率在850,800,750,700,650℃和600℃时可达0.77,0.54,0.33,0.17,0.09W/cm2和0.04W/cm2。     

锥管状LSGM电解质支撑的SOFC的研制

以甘氨酸-硝酸盐燃烧法合成的La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85(LSGM)为原料,阿拉伯树胶为分散剂,采用注浆成型法制备长度约为10 mm、壁厚为0.2 mm、大口端直径约为8.5 mm的致密锥管状LSGM电解质管。以质量比为7∶3的Ni O-Gd0.1Ce0.9O1.95(GDC)、Sm0.5Sr0.5Co O3(SSC)-GDC分别为阳极、阴极材料,组装单体固体氧化物燃料电池(SOFC)。以加湿氢气(含3%H2O)为燃料、空气为氧化剂,电池在600℃时的最大输出功率密度约为87 m W/cm2。交流阻抗谱分析表明:影响电池性能的主要因素是电解质的欧姆电阻。     

阳极支撑平板状SOFC过电势模型及分析

平板型固体氧化物燃料电池由于具有高效率、低污染物排放等特点,是未来发电的主要方向。当电池运行产生电流时,就会伴随电荷传输产生活化极化,伴随质量传输产生浓差极化,根据材料导电性的不同相应产生一定大小的欧姆极化,从而降低了燃料电池的开路电压,并对电流密度和输出功率产生影响。为了能使燃料电池更好地运行,就必须要了解对过电势产生影响的各种因素,所以建立了阳极支撑的平板状SOFC过电势模型,分析了电流密度、温度以及一些结构参数对三种过电势的影响,对阳极支撑型和电解质支撑型燃料电池的性能进行了比较。     

阳极支撑固体氧化物燃料电池制备研究

制备了Ni/YS│YSZ│LSM[YSZ——Y2O3掺杂(稳定)的ZrO2;LSM——锰酸镧即La0.85Sr0.15MnO3]阳极支撑单体固体氧化物燃料电池(SOFC)。其中阳极基底、YSZ电解质薄膜和LSM阴极分别采用干压成型方法、浆料喷覆工艺和浆料涂覆法制备。考察了电池制备过程中影响电池品质的主要因素,指出基底不均匀性和焙烧升温速率过快是导致成型压力在25～250MPa范围内阳极基底翘曲和开裂的主要原因;影响阳极基底与YSZ电解质薄膜共焙烧匹配性的主要因素是成型压力、预焙烧温度和焙烧升温速率。应用扫描电子显微镜(SEM)表征了电池微观结构,YSZ电解质薄膜的厚度约为15～20mm。考察了电池电性能,800℃下,阳极H2进气流量为250mL·min-1时,电池开路电压1.0973V,最大比功率0.13W·cm-2。进一步优化电极结构,可制备高性能的阳极支撑SOFC。     

直接甲烷SOFC NiCu-CeO_2阳极的制备与性能

将Ni Cu-Ce O2作为抗积碳阳极材料,应用于阳极支撑型直接甲烷固体氧化物燃料电池(SOFC)中。采用浸渍工艺在多孔Ce O2阳极基体中制备Ni Cu阳极催化剂,还原后氧化物基体与金属的质量比为60∶40。在700℃湿H2和湿CH4气氛中考察了电池的电化学性能。Ni Cu-Ce O2|GDC|BCFN电池在H2和CH4中的开路电压(OCV)分别为0.772和0.785 V,最大功率密度(MPD)分别为96和80 m W/cm2。在0.6 V进行恒压稳定性测试20 h后,电流密度下降了1.7%。通过对测试后的电池进行电子扫描电镜(SEM)和能量散射光谱(EDS)分析,发现有少量积碳产生。而Ni-Ce O2|GDC|BCFN电池在同样条件下的性能仅为:OCV(H2)=0.77 V,OCV(CH4)=0.80 V,MPD(H2)=116 m W/cm2,MPD(CH4)=59 m W/cm2,电池在40 min内电流密度下降了74%。结果表明在阳极中添加Cu不仅能够实现与Ni基阳极相当的阳极性能,而且可以有效提高Ni基阳极的抗积碳稳定性。     

SOFC复合孔隙阳极材料的制备及性能研究

使用共流延工艺分别制备了以不同配比可溶性淀粉和碳纤维混合物作为造孔剂的阳极支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC),阳极支撑层具有不规则的球型和直线型交错的复合孔隙,造孔剂总质量分数均为10%。电池以(Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92(8YSZ)及Ni作为阳极材料,其中Ni与8YSZ的质量比为1∶1,以8YSZ作为电解质材料,以(La_0.75Sr_0.25)_0.95MnO_3±δ(LSM)及8YSZ作为阴极材料。使用氢气作为燃料测试了各电池在750℃下的电化学性能,结果表明,淀粉与碳纤维质量之比为1.5的复合造孔剂所制备电池的功率密度最高,可达0.199 W/cm²。扫描电子显微镜法(SEM)图像显示,淀粉和碳纤维在阳极支撑层中所形成的复合孔隙相互交织,连通性较好,具有较理想的微观结构。     

PSZ支撑型SOFC电堆的制备与性能测试

在管状的氧化钇部分稳定的氧化锆(PSZ)支撑体上制备串联型的固体氧化物燃料电池(SIS-SOFCs)。串联的单电池长度为10mm,有效长度为3mm。通过注浆成型法制备管状的支撑体,烧结后使用浸渍法沉积NiO-YSZ阳极和YSZ电解质薄层并且分别进行烧结。烧结完毕,通过涂抹法制备LSM-YSZ和LSM阴极层并且烧结。每个支撑体上有2个串联的单电池。使用加湿氢气作为燃料,空气作为氧化剂对电池进行性能测试。测试过程中,电池的最高总电压达到2.0537V,750℃时达到的最大功率密度为228.68mW/cm2。电化学阻抗谱显示该电池的欧姆电阻较大,而极化损失是影响电池性能的主要因素,因此,改善电池的结构和优化电极材料将进一步提高电池的性能。     

阳极支撑YSZ电解质薄膜的浆料旋涂法制备

用于压-预烧结法制备阳极支撑体,在阳极支撑体上用浆料旋涂-共烧结法制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质薄膜.实验考察了不同淀粉含量和不同预烧结温度对阳极支撑体预烧结效果的影响以及旋涂层数和浆料配比对YSZ电解质膜致密性的影响.结果表明:当阳极支撑体的预烧结温度为1 200℃,阳极支撑体中淀粉含量为15％,电解质的旋涂层数控制在5层或5层以下,旋涂浆料中YSZ的含量为45％时,制备的电解质薄膜致密性较好.对制备样品出现的缺陷进行了原因分析,提出了相应的解决办法.     

造孔剂对流延法制备的阳极支撑SOFC性能的影响

采用流延法分别制备了以可溶性淀粉、石墨和玉米淀粉为阳极造孔剂的阳极支撑型SOFC。以8%（摩尔分数）氧化钇稳定的氧化锆（ZrO）_0.92（Y₂O₃）_0.08（YSZ）为电解质材料,Ni∶YSZ为1∶1（质量比）的金属陶瓷（Ni-YSZ）为阳极,AgGDC为阴极,在电解质和阴极之间制备一层GDC为过渡层。采用加湿H₂[H₂O含量3%（体积分数）]作为燃料气,进行电化学测试。结果表明：800℃下,玉米淀粉的功率密度845 mW/cm²为最大,远高于石墨（422 mW/cm²）和可溶性淀粉（312 mW/cm²）的功率密度。通过阻抗谱、扫描电镜和孔隙率测试对不同造孔剂制备的阳极微观结构与电池性能之间的关系进行了表征和分析。     

阳极支撑SSZ电解质膜的水热法制备

采用水热法制备固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极支撑的SSZ(Sc2O3稳定的ZrO2)电解质膜,研究了沉淀剂及阳极性质、水热前驱体、pH值、水热时间与温度等诸多因素对SSZ水热膜的影响,确定了最佳工艺条件。研究表明:得到的SSZ电解质膜呈立方晶型,且纯度高、与阳极结合紧密,厚度均匀、致密,经过3～6次水热沉积,电解质膜厚度为20～50mm,经电导率测试800℃时达0.078S/cm,与SSZ陶瓷体相比具有良好的电导活性。     

浇铸法制备的PEO基偏铝酸锂复合固态电解质

通过浇铸法制备含快离子导体金属盐LiAlO2(LAO)的聚氧化乙烯(PEO)基复合固态电解质,对LAO不同质量分数的复合固态电解质进行电化学性能测试。复合固态电解质的电化学窗口拓宽,离子电导率提高到8.39×10^-5 S/cm。以复合物固态电解质组装Li/LiFePO4全固态电池,当LAO质量分数为4%,在60℃以0.1 C于2.5~4.0 V充放电,电池的首次放电比容量为153.61 mAh/g,循环50次的容量保持率仍在90%以上。     

双层干压制备阳极支撑的氧化锆薄膜燃料电池

采用一种既简单又经济的双层干压法,NiO-YSZ阳极基底上制备致密的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)固体电解质薄膜,经1400!共烧结后,得到厚度约60"130mm的YSZ薄膜。薄膜的厚度可以通过调整YSZ粉体质量来控制。测试了NiO-YSZ支撑体材料和YSZ的干压坯体烧结曲线,以确定烧结收缩率。对薄膜进行的X-射线衍射(XRD)测量结果表明,薄膜为YSZ的立方萤石结构,NiO与YSZ在烧结条件下未发生反应。以此方法制备的不同厚度的YSZ薄膜为电解质,NiO-YSZ金属陶瓷为阳极,La0.7Sr0.3MnO(LSM)阴极制成固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池,对单电池的放电性能及其在工作条件下的阻抗谱进行了测试。电池的开路电压始终在1V左右,900!最大电流密度达1.3A·cm#2。分别在800!和900!时得到了175mW·cm#2和300mW·cm#2的最大比功率。     

滑动平均法改进型灰色预测模型在德山开发区电力负荷预测中的应用

利用灰色控制理论对德山开发区电力需求量进行预测.用生成方法对原始数据进行处理,消除了影响电力需求量的众多非重要因素,并从原始数据中挖掘有用的信息,建立微分拟合方程,基于残差修正提出滑动平均法改进型灰色预测模型,增加当年数据的权重,避免数值的过度波动.德山开发区电力负荷预测结果表明该模型能有效提高预测精度.