IT-SOFC硼酸盐玻璃体系封接材料的制备与性能研究

基于B2O3-CaO-BaO-Al2O3-SiO2-La2O3体系制备了BCAS微晶玻璃封接材料,利用X射线衍射定性分析、差热分析、热膨胀仪分析等手段对其进行了表征.热膨胀系数(TEC)为10.41×10-6K-1,与电解质YSZ的热膨胀系数(10.2～10.8)×10-6K-1相接近.玻璃转变温度T8值为638℃,在768～852℃之间有一个强的放热峰.700℃时其主晶相为BaAl2 Si2 O8,800℃时以钡长石为析出的主晶相,900℃时析出单一的BaAl2Si2O8相及少量的BaSiO3相.封接材料的电阻随温度升高而减小,在650～800℃之间,阻抗值均在104～105Ω·cm2范围内,离子跃迁活化能为101.38 kJ/mol.其高温浸润性研究表明BCAS1微品玻璃封接材料可用于IT-SOFC对电解质YSZ的封接.     

关于水系流延过程中膜带干燥的若干问题研究

水基流延成型的膜带在干燥技术的许多方面存在着“知其然而不知其所以然”,其干燥过程在固体介质中同时发生热量、质量和动量的传递,用数学对其进行描述存在着相当的困难性和无效性.可以将流延膜的干燥过程分为恒定速率阶段和蒸发速率下降两个阶段.过去由于实验技术条件的限制使人们对一些干燥机理没有充分的认识,就是研究较多的干燥动力学,也存在禁地和误区.由于干燥机理复杂,目前研究得不够充分,关于干燥的动力学数据多取自试验测定值.通过结构与性能关联的研究可拓展人们对于燥过程的认识:通过电子显微镜对膜带的表征,可深入研究其显微结构及湿组份在膜带内的运动机理;通过热重分析技术将膜带的湿度变化与其温度变化相关联,可为设计干燥工艺提供合理的依据;通过固相核磁共振技术,测量湿组份中水分子层的质子自旋松弛时间,可用来半定量计算膜带中的可除去结合水和自由水及不可除去结合水的比例.     

氧化锗对锶钙硅锗体系封接玻璃析晶动力学及性能的影响

在26SrO--26CaO--4B2O3--44SiO2(M0)玻璃中,分别用11%(摩尔分数,下同)、22%、33%和44%的GeO2取代M0中的SiO2,制备了固体氧化物燃料电池(SOFC)封接材料硅酸盐玻璃(M0)、锗硅酸盐玻璃(G1、G2、G3)和锗酸盐玻璃(G4)。用X射线衍射仪、差热分析和场发射扫描电镜对封接玻璃的物相、转化温度(Tg)、析晶峰值温度(Tc)及各玻璃与8YSZ电解质结合界面进行分析,并通过Kissinger法研究玻璃的析晶活化能。结果表明:各封接玻璃(M0、G1、G2、G3和G4)分别在800℃热处理168h,析出不同的晶相。随着GeO2含量的增加,玻璃的Tg、Tc都有明显的降低,析晶活化能为366.91~429.1kJ/mol,其中添加22%GeO2的玻璃的析晶活化能最大。封接玻璃G2与8YSZ电解质充分结合且界面清晰。     

花状NiO纳米片自组装体的制备与表征

以硝酸镍、尿素为原料,在醇-水介质中,85℃恒温条件下,用均匀沉淀法制备出花状纳米片自组装结构Ni(OH)_2沉淀,该沉淀经400℃煅烧制得具有花状形貌的NiO纳米片自组装体.采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、Fourier变换红外光谱、Brunauer-Ennett-Teller(BET)比表面积方法对粉体进行表征.研究表明:该NiO粉体为六方结构,其纳米片尺寸约为2μm × 3μm,厚度约为100nm,曲面间隙约为0.8μm,具有微孔结构.BET法测得粉体的比表面积为108.66m~2/g,制得的粉体具有明显的纳米效应,Ni-O键振动峰值(403.6cm~(-1))较非纳米颗粒(487.1 cm~(-1))蓝移了84.5cm~(-1),乙醇对花状结构NiO纳米片自组装体的形成具有重要作用.分析了花状NiO纳米片自组装体的形成机理.     

SOFC中Ni-YSZ阳极催化剂上的CH4吸附活化机理研究

分别在600℃、700℃和800℃原位动态下,Ni-YSZ阳极催化剂上吸附CH4的DR FT-IR谱表明,在2937和2860cm-1的吸收峰分别对应于CH3反对称和CH3对称伸缩振动吸收,这是CH4在Ni-YSZ阳极的Ni金属活性位上发生解离脱氢所致,说明CH4可发生解离生成中间物种CHx(x=1～3)。计算结果表明,在CH4分子与金属Ni阳极催化剂的相互作用的四种可能途径中,前三种反应途径可能得到的中间体构型均不能收敛,从而前三种反应途径发生的可能性很小。而优化第四种反应途径时却得到了稳定的中间体构型。这表明,CH4中靠Ni端较近的C-H键已被Ni原子微弱地活化,一个强束缚的原子-分子复合物NiCH4已形成,使得CH4的Td对称性降到C2v的对称性,从而使得红外禁阻的谱带发生分裂并可在实验检测到。本计算结果与实验所发现的事实相一致。     

沉淀法制备草酸镍对SOFC阳极电性能的影响

以Ni(NO3)2·6H2O为主要原料,氨水为沉淀剂,采用沉淀法制备草酸镍.以草酸镍作为SOFC阳极材料.通过XRD、DTA-TG、SEM和电化学工作站等测试手段分别对粉体物相、热综合分析及电池的结构与电性能进行了表征.研究结果表明,利用沉淀法制备的粉体为单斜晶系的Ni2C2O4·2H2O,以NiC2O4· 2H2O作为阳极材料,具有很高的催化活性,使得单电池在H2燃料气下750℃的开路电压为1.05V,最高功率密度为1.32W/cm2.     

BaTiO_3烧结过程中异常晶粒长大的研究

采用了两种不同的商业BaTiO3纳米粉体(以下称为s-1#粉和s-2#粉)进行水系流延成型及烧结研究。首先对这两种粉体进行表征,通过SEM观察两种粉体的平均粒径为100nm,球形;通过X荧光元素分析,获得其所含元素的对比;然后对其进行水系流延成型,在1300℃烧结,两种粉体所获得的晶相均为立方相;通过XRD分析s-2#粉及其烧结体的衍射峰,发现由于烧结过程中Sr的固溶使得烧结体相对于粉体的衍射峰向高角度偏移;SEM观察s-1#粉烧结体发现,有异常晶粒长大现象并对其不同区域进行能谱分析,结果表明,硅含量是导致烧结体异常晶粒长大的主要原因。     

微波场作用下柠檬酸盐法合成阴极纳米粉体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3

在微波场作用下,采用柠檬酸盐法合成了阴极粉体La0.8Sr0.2MnO3(LSM)。用TG-DTA、XRD、TEM、SEM和电化学工作站对产物形成过程、微观结构和电化学性能进行分析和表征。结果表明,LSM溶胶在微波处理后,850℃煅烧能够形成单一的钙钛矿型结构;粉体粒径约为30nm,远小于采用传统烘箱加热方式的200nm,所得粉体电催化活性高,其制得的单电池在800℃时的最大功率密度达到0.82W/cm2,开路电压达1.1V,而采用传统烘箱加热方式所制得单电池的最大功率密度仅为0.71W/cm2。     

不同分散剂对Al_2O_3浆料流变性的影响

探讨了各种分散剂在Al2O3水系浆料中的分散作用及其相关机理。结果表明:分散剂的相对分子质量大小、构象和添加量对Al2O3浆料的流变性有着重要的影响。随着PAA(聚丙烯酸)类分散剂添加量的增加,Al2O3浆料的Zeta电位值整体下降,其等电点由8.3移动到4.7,PAA最佳添加量(质量分数)为0.5%～0.8%。相对分子质量较大的聚电解质分散剂对浆料的分散、稳定性较好;相对分子质量较小的聚电解质分散剂的最佳添加量范围更宽,为0.5%～2.0%(质量分数),且浆料黏度的变化随分散剂添加量的不同变化较小。