阳极支撑结构IT-SOFC的阳极及电解质层的水系流延与共烧

采用水系流延成型,共烧制备了平板式中温固体氧化物燃料电池（SolidoxidefuelcellSOFC）的NiO/YSZ阳极支撑电解质氧化钇稳定氧化锆（YSZ）薄膜复合体。通过调节优化浆料的pH值、分散剂和粘度获得了具有均匀的微观结构电解质YSZ与阳极NiO/YSZ流延素坯。调节阳极中的YSZ粉体的颗粒级配,以促使阳极坯片的烧成收缩与电解质坯片的烧成收缩相匹配,获得大面积、平整的阳极与电解质复合烧结体,其中阳极层厚度为0.5～1.0mm,孔隙分布均匀,孔隙率达30vol%以上;电解质厚度为15μm以下,相对密度大于98%;阳极与电解质层界面两者能很好地烧结在一起。     

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.     

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。     

陶瓷涂层对固体氧化物燃料电池连接体材料表面改性的研究

铁素体不锈钢是应用前景最好的中温固体氧化物燃料电池（SOFC）连接体材料之一,然而高温抗氧化能力不足和Cr元素的挥发严重了影响铁素体不锈钢连接体材料的长期稳定性。解决该问题的最有效的途径是在铁素体不锈钢连接体表面制备陶瓷保护涂层,达到改善铁素体不锈钢的高温抗氧化性能和抑制Cr元素的挥发的目的。本文概述了采用陶瓷涂层对铁素体不锈钢连接体材料进行表面改性的研究现状。     

沉淀法制备中温固体氧化物燃料电池电解质材料8YSZ

以Zr （NO3）4·5H2O与Y（NO3）3·6H2O为主要原料,以柠檬酸为缓冲溶液,采用沉淀法制备电解质用8YSZ粉体,利用涂覆法在水系流延技术制备的半电池上涂覆LSM阴极得到单电池.运用XRD、TEM、激光粒度仪、SEM和电化学工作站等测试手段对粉体的物相、结构和粒度分布及单电池的结构与电性能进行了表征.研究结果表明,分散均匀、颗粒尺寸为50～100 nm、立方相8YSZ电解质在1375℃烧成具有高致密度,单电池在750℃时,以氢气和3％水蒸汽为燃料气,空气为氧化气的条件下,获得了开路电压为1.13 V,最大功率为0.93 w/cm2,欧姆阻抗为0.19Ωcm2和极化阻抗为0.65 Ωcm2的电性能.     

多孔NiO/钇稳定氧化锆陶瓷的水系流延成型

采用水系流延工艺制备了阳极支撑型固体氧化物燃料电池的阳极材料NiO/钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia,YSZ)陶瓷.研究了分散剂聚丙烯酸(polyacrylic acid,PAA)和pH值对YSZ和NiO颗粒的zeta电位以及65% (质量分数,下同) NiO/35% YSZ浆料黏度的影响.结果表明:在pH=9.6和加入分散剂时,NiO和YSZ颗粒的zeta电位绝对值达到最大值;当PAA的含量为NiO/YSZ粉料的0.8%时,NiO/YSZ浆料黏度最小.浆料中添加石墨粉作为造孔剂能提高阳极材料的孔隙率.石墨粉在聚乙烯吡咯烷酮的作用下均匀分布在阳极烧结体中.石墨粉的含量对阳极烧结体中的开口孔隙率有重要的影响,在石墨粉的含量为25%,阳极烧结体的孔隙中的开口孔隙率占全部孔隙率的98%.     

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。     

基于BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2体系探究BaCO3的残余量及其对玻璃热性能的影响

采用中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC, Intermediate Temperature-Solid Oxide of Fuel Cell)封接玻璃BaO-CaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂体系探究三种熔制工艺(1300℃保温1 h; 1400℃保温1 h; 1400℃保温3 h)对玻璃原料BaCO₃的残余量及玻璃热性能的影响。利用差热-热重分析(DTA-TG)对配方粉体和不同熔制工艺获得玻璃的热性能进行表征, 根据DTA-TG数据进行了计算并验证BaCO₃的残余量。通过傅里叶红外光谱、XRD和热膨胀系数测定仪对样品进行了表征。结果表明: 采取1300℃保温1 h制备的玻璃中仍有59wt% BaCO₃未分解, 并且析出的单斜BaAl₂Si₂O₈晶体降低了玻璃的膨胀系数; 1400℃保温3 h制备的玻璃由于Al₂O₃含量增加, 玻璃软化点(T_s)明显升高(>800℃), 1400℃保温1 h制备的玻璃在室温到玻璃温度转变点范围内的膨胀系数为10.3×10^-6 K^-1。因此对于本实验玻璃配方, 1400℃保温1 h是最为合适的熔制工艺, 可以用于SOFC电堆的封接。