LaxSr2-xFe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ对称电池电解CO2研究

固态氧化物电解池(SOECs)因较高的能量转化效率在电化学还原CO₂, 实现“碳中和”社会方面备受关注。与非对称电池结构相比, 对称SOECs的空气极和燃料极是相同或相近的材料, 可以减少界面种类, 改善电极与电解质的热膨胀匹配性, 简化电池的制备工艺。本研究合成了钙钛矿氧化物La_xSr_2-xFe_1.5Ni_0.1Mo_0.4O_6-δ (L_xSFNM, x=0.1、0.2、0.3、0.4), 作为固体氧化物电解池的对称电极用于评估纯CO₂的电化学还原性能。掺入La³⁺可以有效提高反应催化活性, 其中L_0.3SFNM为电极的电解池表现出最高的电化学性能, 800 ℃下, 在空气中的极化电阻为0.07 Ω∙cm², 在50% CO-50% CO₂中的极化电阻为0.62 Ω∙cm²。单电池L_0.3SFNM@LSGM|LSGM|L_0.3SFNM@LSGM在800 ℃和1.5 V电压下的电解电流密度为1.17 A∙cm^-2, 在初始的50 h CO₂短期电解测试中表现出优异的稳定性, 是一种理想的对称电极材料。     

Ca掺杂Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ材料的合成与作为对称固体氧化物燃料电池电极催化剂的性能研究

对称固体氧化物燃料电池由于生产过程简单、成本低, 受到了研究者的广泛关注。然而较低的电极催化性能制约了其进一步的发展。本研究利用溶胶-凝胶法合成了一系列钙取代Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O₆的钙钛矿材料(Sr_2-xCa_xFe_1.5Mo_0.5O_6-δ, x=0, 0.2, 0.4, 0.6), 并研究了其作为对称固体氧化物燃料电池电极催化剂的性能。X射线衍射(XRD)测试表明所有样品在空气与氢气气氛中均能保持立方钙钛矿结构。而在程序升温还原(TPR)过程中, Ca ²⁺的掺入能有效降低还原温度, 提升其对析氧反应的催化活性。对称阳极电池在氢气气氛中的测试表明, 当Ca ²⁺的掺入量为0.6时电池极化阻抗最小。利用流延骨架与湿化学浸渍法制备了单电池SC_0.6FMO|La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O₃(LSGM)| SC_0.6FMO。以氢气作为燃料时, 单电池在800与650 ℃的最大功率密度分别为1.05与0.41 W?cm ^-2。以上结果表明Sr_2-xCa_xFe_1.5Mo_0.5O_6-δ可以作为高效对称燃料电池的电极催化剂。     

浸渍LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)纳米颗粒对Zr_(0.84)Y_(0.16)O_(2-δ)-La_(0.8)Sr_(0.2)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)透氧膜性能的影响

采用流延–共压–共烧结法制备了具有多孔|致密|多孔Zr_(0.84)Y_(0.16)O_(2–δ)-La_(0.8)Sr_(0.2)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3–δ)(YSZ-LSCF)结构的透氧膜和多孔YSZ-LSCF|致密YSZ-LSCF|致密YSZ|致密YSZ-LSCF|多孔YSZ-LSCF结构的固体氧化物燃料电池。采用浸渍法在多孔层内壁上沉积了具有高催化活性的LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3–δ)(LNF)纳米颗粒,随着LNF浸渍量的提高,会在多孔层内壁上形成连续的导电网格,增加电化学反应活性位点,进而显著改善电极性能。当LNF浸渍量为12wt%时,电极性能达到最优,在800℃时阴极和阳极极化阻抗分别为0.26和0.08?·cm~2,在空气/CH_4梯度中氧渗透速率为7.6 mL/(cm~2·min),比未浸渍前提高了14倍。阻抗谱分析表明空气侧氧还原反应中的电荷转移反应是氧渗透过程的速率控制步骤。     

直孔三明治结构GDC-LSF双相复合透氧膜制备和性能研究

致密陶瓷透氧膜因在氧气制备和涉氧化工过程中的潜在重要应用而备受关注.本研究采用相转化流延/叠层/烧结工艺制备了三明治结构Gd0.1Ce0.9O2-δ-La0.6Sr0.4FeO3-δ(GDC-LSF)双相复合陶瓷透氧膜,其中部为起氧分离作用、厚度80 μm的致密功能层,两侧为厚度420 μm的直孔结构支撑层.采用浸渍法...     

固体氧化物燃料电池阳极的相转化流延制备和电化学性能研究

采用相转化流延一步制备了NiO-Zr_0.84Y_0.16O_2-δ (YSZ)阳极支撑层和功能层, 前者厚度为~700 μm, 含有沿厚度方向定向排列的开放直孔, 后者厚度为~60 μm。采用浆料涂膜法和高温共烧在阳极上制备厚度为15 μm的YSZ电解质薄膜, 丝网印刷制备YSZ-La_0.84Sr_0.16MnO_3-δ (LSM)(质量比50:50)阴极。所制备的单电池显示出较高的电输出性能。以H₂-3%H₂O为燃料和环境空气为氧化剂, 800 ℃时电池的峰功率密度达到891 mW/cm², 电池即使在高电流密度测试条件下也未出现明显的浓差极化, 这是由于其阳极具有开放直孔结构, 气相输运阻力小。     

金属支撑固体氧化物燃料电池研究进展

与传统全陶瓷结构的燃料电池不同,金属支撑固体氧化物燃料电池利用多孔金属来支撑功能阳极层–电解质层–阴极层,具有结构稳定性高、抗热快速热循环能力强,电堆组装简单,材料成本低等优势。本文分析了金属支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)材料的选择和电池制备过程中的关键问题,并概述了金属支撑SOFC技术的研究进展。     

固体氧化物燃料电池LaxSr2-3x/2Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ阳极性能研究

本研究利用固相反应法合成了一系列镧取代LaxSr2-3x/2Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ(LaxSFNM,x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)钙钛矿陶瓷材料,并研究其作为固体氧化物燃料电池阳极的电化学性能。X射线衍射(XRD)测试表明合成的粉末具有立方钙钛矿结构。在高温下利用氢气还原LaxSFNM样品,发现其晶粒表面析出纳米尺度的Fe-Ni合金颗粒,并且偏析纳米颗粒的密度随着La^3+掺杂量的增加而显著降低。在对称电池阻抗测试中,随着La^3+掺杂量的增加,阳极极化阻抗逐渐降低,掺入量为0.3时阻抗达到最小值。La0.3SFNM对称电池在750℃下极化阻抗仅为0.16W·cm^2,进一步增加掺杂量时,La0.4SFNM对称电池极化阻抗增加至0.17W·cm^2。La0.3SFNM材料良好的电极反应催化活性源于适当分布的Fe-Ni合金纳米偏析颗粒与LaxSFNM陶瓷基体的共同作用。利用流延法制备一系列以LaxSFNM为阳极、SmBa0.5Sr0.5Co2O6为阴极、LSGM为电解质的单电池,使用氢气作为燃料时,La^3+掺杂量x=0.3的单电池表现出最高的功率密度,在750、650和550℃时峰值功率密度可达1.26、0.90和0.52W·cm^-2。上述结果表明,La0.3Sr1.55Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ可以用作高性能SOFC阳极催化剂。     

共流延法制备固体氧化物燃料电池阳极的优化

采用共流延成型、共烧结法制备了以Ni-YSZ阳极支撑的氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)电解质膜。为提高电化学活性在支撑阳极与电解质膜之间引入了Ni-SSZ活性阳极。通过调整活性阳极的厚度和SSZ:NiO的质量比优化了阳极活性; 通过比较支撑阳极中添加不同造孔剂含量时的性能, 优化了支撑阳极的孔隙率。研究结果表明, 当活性层厚度为35 μm, 质量比为w(SSZ):w(NiO)=1:1, 支撑层造孔剂含量为10wt%时, 阳极活性最佳; 采用丝网印刷并烧结LSM-SSZ复合阴极后, 所得单电池在750℃的最高功率密度达到0.96 W/cm², 比优化前本课题组前期报道的性能提高了2.3倍。