固体氧化物燃料NiO–YSZ/YSZ半电池的冲击力学性能

应用Hopkinson压杆装置,研究了阳极支撑固体氧化物燃料电池片(SOFC)半电池NiO–YSZ/YSZ的冲击力学性能,得到了半电池薄片在不同应变率下的应力–应变曲线,分析了半电池中的应力波传播特性及其应变率效应。结果表明:半电池薄片在冲击载荷下,弹性变形范围很小,塑性屈服极限强度较小,且对应的应变值也较小。在半电池样品的极限强度范围内,随着应变的增大,半电池样品薄片的动态应力–应变曲线的切线模量减小,属于递减硬化材料;半电池中的应力波传播速率减小。随着应变率的增加,半电池薄片的极限强度增大,应变率效应明显。另外,随着波阻抗比的增大,半电池薄片中应力–应变"均匀化"分布的透射–反射次数随之减小。     

中空对称双阴极结构电池的高温抗氧化还原特性

研究了中空对称双阴极结构电池在燃料突然停止供应情况下的电化学行为及电池微观结构变化。结果表明:该结构电池在燃料气体停止供应后,阳极侧Ni被氧化0.44%(占支撑体总比例)时开路电压才开始下降,证实其抗氧化还原能力是传统超薄阳极支撑平板结构电池1.3～2.7倍,阳极结构中局部裂纹增多和严重团聚现象是造成电池结构破坏的主要原因。     

稀薄燃料气氛下中空全对称双阴极SOFC的电化学特性EI北大核心CSCD

制作了LSCF/GDC/8YSZ/NiO-8YSZ/NiO-3YSZ/NiO-8YSZ/8YSZ/GDC/LSCF中空全对称双阴极阳极支撑平板式固体氧化物燃料电池（SOFC）,研究了其在稀薄燃料气氛下的电化学特性。结果表明：该结构电池在稀薄燃料气氛下稳定循环放电11次后依然保持稳定,在纯N2气氛下电池的最大输出功率密度可达8.79 mW/cm^2。该结构电池中Ni与NiO所形成的氧化还原不仅对电池性能无影响,并且还能够作为储能媒介,为后续发展以电池阳极金属作为储能介质的高温固态电池提供了可能。     

SiO2-Al2O3-Na2O-MO(M=Ca,Ba)玻璃在SOFC中的性能研究

从玻璃的粘结强度与气密性角度出发,对在固体氧化物燃料电池(SOFC)领域中应用较为广泛的SiO₂-Al₂O₃-Na₂O-CaO(S1)和SiO₂-Al₂O₃-Na₂O-BaO(S2)两款密封玻璃进行了研究对比。研究发现,S1与SOFC的粘结强度为2.00 MPa, 30 kPa下的气体泄漏率为0.041 sccm/cm,而S2与SOFC的粘结强度为3.93 MPa, 30 kPa下的气体泄漏率为0.027 sccm/cm,结果表明,S2的密封效果优于S1。750℃下H₂/Air=0.6/3.0 slm时,分别以S1和S2密封的SOFC开路电压(OCV)对比验证了以上结果,前者(S1)的OCV值只有0.949 V,远低于后者(S2)的1.08 V。最后结合热膨胀系数(TEC)以及微观形貌对两款密封材料进行了深入探讨分析,为Ca系和Ba系高温密封玻璃的优化提供了借鉴。     

不同还原条件下制备的固体氧化物燃料电池支撑阳极Ni-YSZ的性能

研究了不同还原条件下制备的固体氧化物燃料电池Ni-YSZ支撑阳极的性能变化规律。结果表明:600℃以下还原时,阳极的微观结构较差,Ni颗粒较易团聚,对应的抗弯强度在恒温和升温还原时分别为4.32和14.31 MPa;600℃及以上还原时,阳极的微观结构均匀一致,Ni颗粒分布均匀,对应的抗弯强度在恒温和升温还原时分别高达14.92和56.63 MPa。恒温和升温还原时,支撑阳极的孔隙率随着还原温度的升高均先增大后减小,其中恒温还原在700℃达到最大,升温还原在400℃达到最大。从支撑阳极综合特性判断,无论恒温还原还是升温还原,Ni O-YSZ阳极支撑电池的最佳还原温度以不低于600℃为佳。     

稀薄燃料气氛下中空全对称双阴极SOFC的电化学特性

制作了LSCF/GDC/8YSZ/NiO-8YSZ/NiO-3YSZ/NiO-8YSZ/8YSZ/GDC/LSCF中空全对称双阴极阳极支撑平板式固体氧化物燃料电池(SOFC),研究了其在稀薄燃料气氛下的电化学特性。结果表明:该结构电池在稀薄燃料气氛下稳定循环放电11次后依然保持稳定,在纯N_2气氛下电池的最大输出功率密度可达8.79 mW/cm~2。该结构电池中Ni与NiO所形成的氧化还原不仅对电池性能无影响,并且还能够作为储能媒介,为后续发展以电池阳极金属作为储能介质的高温固态电池提供了可能。     

钐钕共掺杂氧化铈纳米粉体的制备及烧结行为

采用固液复合法合成了钐钕共掺杂的氧化铈(Sm_(0.075)Nd_(0.075)Ce_(0.85)O_(2-δ):SNDC)。研究了球磨罐、球磨珠材质和球磨转速对粉体物相、成分、形貌及烧结行为的影响。结果表明:制备的SNDC物相纯净,为近似球型的纳米粉体。采用聚四氟乙烯罐和氧化锆球磨珠所制粉体纯度高。采用氧化铝球磨罐或球磨珠会引入杂质Al、Si和Ca。采用氧化铝罐和氧化锆球磨珠会额外引入Zr和Y,且球磨转速400 r/min杂质引入量高于300 r/min的。掺杂YSZ明显抑制了SNDC烧结,Al_2O_3可促进SNDC烧结,降低烧结致密温度约200℃。     

应用于大尺寸平板型固体燃料电池电堆的Al2O3-SiO2-CaO基密封材料软化特性及其验证

设计研制了Al₂O₃-SiO₂-CaO基密封材料,对其高温晶化与软化、热性能、界面黏结特性开展了原位观察,并进行了电堆实际应用验证。结果表明:在不高于1 100℃时该密封材料均为非晶态,850℃开始软化,900~1 000℃出现球化。热重分析表明密封材料在0~960℃的质量损失较小,约为0.06%;密封材料与连接板、电池界面黏结紧密,利于固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆密封应用。采用研制的密封材料组装了2个5单元SOFC短堆,分别进行了热循环与稳定性研究。结果表明:2个5单元电堆的开路电压达到6.0 V,平均开路电压1.2 V,电堆1热循环前后在35 A(0.56 A/cm²)条件下输出功率为运行无衰减,电堆2在27 A(电流密度0.43 A/cm²)进行恒流放电,运行300 h较为稳定。     

基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池的快速热稳定性

研究了基于对称双阴极结构电池堆单元和电池短堆从室温到运行温度的多次快速升降温的热稳定性性能。结果显示:由于新结构电池可进行阴极侧电子收集的2次施压操作,且快速升降温后电池堆单元和电池短堆性能维持稳定并还略有上升。因此,无论是电池堆单元还是电池短堆,该结构的电池具有良好的热稳定性与可拆卸的电子收集功能。这种可承受快速升降温和可拆卸电子收集与2次施压的特性为对称双阴极结构电池的快速启动、重复再利用打下了基础,是大面积固体氧化物燃料电池的新型特性,在某些特殊领域具有较强的应用潜质。     

基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池乙醇燃料内直接重整的电化学性能

对乙醇燃料应用到新型对称双阴极结构固体氧化物燃料电池中直接内重整反应运行进行了探索研究。结果显示,将乙醇以一定的水醇比通入到电池中在输出功率密度为0.137 W/cm2@0.8 V下运行超过100 h依然保持稳定,电池内部发生轻微的积碳现象,表明该新型结构电池可进行碳基燃料直接内重整运行,具有较好的应用前景。