不同黏结剂体系对水基流延成型Y2O3稳定ZrO2的影响

分别采用聚乙烯醇(potyvinyl alcohol,PVA)、乳胶B1070和PVA B1070复合黏结剂体系,水系流延成型法制备固体氧化物燃料电池(solid oxidefuel cell,SOFC)电解质8%(摩尔分数)Y2O3稳定的ZrO2(8YSZ)薄膜.研究了不同黏结剂对流延工艺以及对流延坯片的影响.结果表明:不同黏结剂加入后浆料的黏度和剪切变稀程度随PVA加入量的增加而增大.相反,浆料的黏度和剪切变稀程度随B1070加入量的增大而减小.发现使用不同黏结剂对流延坯片的生坯密度和干燥收缩具有重要的影响.8YSZ坯片的烧结密度随着生坯密度增大而增大,以300(质量分数,下同)PVA 70?070为复合黏结剂,8YSZ与黏合剂的质量比为0.93,流延成型的坯体在1 400℃保温2 h烧结能获得相对密度达98.5%的SOFC电解质8YSZ薄膜.     

中温固体氧化物燃料电池封接玻璃的研究进展

封接玻璃是中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的主要组成部分, 封接玻璃应同时具有适宜的热性能、化学性能、力学性能及与电池元件有良好的粘合能力, 防止SOFC在运行过程中气体的泄漏, 并保证玻璃在IT-SOFC工作温度及氧化气氛或燃料气氛下长期运行的热稳定性和封接玻璃与其它电池元件之间的界面稳定性。本文综述了关于IT-SOFC封接玻璃近十年的研究进展。从玻璃特性和封接玻璃与元件之间的界面反应的角度, 讨论封接玻璃的组分-结构-性能三者之间的关系, 提出了当前IT-SOFC封接玻璃研究的主要问题。     

YSZ修饰的花瓣状氧化镍粉体的制备及其电性能表征

采用均匀沉淀法制备了花瓣状NiO粉体,对该花瓣状NiO进行YSZ(Y2O3稳定的ZrO2)修饰,以提高花瓣状NiO粉体的耐高温性,进而构建纳微结构的阳极。采用离子浸渍法制备了YSZ修饰的花瓣状NiO粉体(NiO-YSZ粉体),通过热重--差热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜等分析手段对该粉体的热性能、物相、微观形貌、晶粒大小等进行了表征。分别采用商业NiO(颗粒状)粉体和自制花瓣状NiO-YSZ粉体制备了电解质支撑型单电池的阳极,该单电池的组成为NiO+8YSZ‖8YSZ‖LSM+8YSZ,并测试了其电化学性能。结果表明:采用花瓣状NiO-YSZ粉体制备的阳极单电池在操作温度为在750、800和850℃下最大功率密度分别为0.094、0.151和0.376W/cm2,且相对应的电极极化阻抗分别为2.496、1.589和0.814Ω·cm2;而采用商业NiO制备的阳极的单电池在操作温度为在750、800和850℃下的最大功率密度分别为0.024、0.072和0.149W/cm2,且相对应的电极极化阻抗分别为4.265、2.306和1.688Ω·cm2。     

静电纺丝法制备中温固体氧化物燃料电池阴极用纳米La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3纤维

采用静电纺丝技术和溶胶–凝胶法制备了聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)/La0.6Sr0.4Co0.4Fe0.6O3(LSCF)复合纳米纤维,经过不同温度煅烧处理,获得了具有单晶结构的LSCF纳米纤维,并对纤维样品的煅烧过程、形貌、物相、结构以及电性能进行了表征。结果表明:PVP/LSCF复合纳米纤维中的水分和有机物在达到560℃前已经完全挥发和分解。经煅烧处理,可获得具有斜方六面体结构LSCF。经800℃煅烧后的LSCF纳米纤维的直径主要分布在130～240nm;以LSCF纳米纤维为阴极制备的单电池在750℃工作温度下,其最大功率密度为1.18W/cm2。与用传统溶胶–凝胶法在相同条件下制得的LSCF粉体相比,其单电池的电流–电压–功率性能有显著提高。     

固体氧化物燃料电池阴极材料LSCF纳米纤维的静电纺丝法制备

采用溶胶–凝胶–静电纺丝法制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ(LSCF)纳米纤维。分析了LSCF纳米纤维的结构和形貌。结果表明:所制备的LSCF纳米纤维为内部微晶排列有序、均匀的多晶纤维,纤维直径约为200nm,长度分布为10~30μm,经1100℃煅烧后仍然保持纤维状。以LSCF纤维作为阴极,制备了固体氧化物燃料电池(SOFC)纽扣电池(GDC+NiO║GDC║LSCF)及其阴极对称电池(LSCE║GDC║LSCF)。单电池的阴极阻抗和电化学性能测试表明,LSCF纳米纤维阴极具有较高的电化学活性和较低的极化阻抗,以氢气为燃料、空气为氧化剂,在650和700℃工作温度下,单电池的最大功率密度分别为0.82和1.07W/cm2;在工作温度分别为600、650、700和750℃下,其阻抗分别为1.09、0.78、0.32和0.11·cm2。     

BaO-CaO-Al_2O_3-B_2O_3-SiO_2微晶玻璃对大面积平板式IT-SOFC的封接性能

研究了BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2(BCAS)玻璃在大面积平板式固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)测试应用及性能。采用热膨胀仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜对在不同时间热处理情况下玻璃性能及微观结构影响进行表征。结果表明:在750℃,热处理0、50、100h后,BCAS玻璃的热膨胀系数分别为11.4×10-6、11.3×10-6与11.2×10-6 K-1,与电解质YSZ、阳极Ni-YSZ、金属连接板Crofer22APU的热膨胀系数相匹配。玻璃在热处理后析出针状的BaSiO3,BaCaSiO4与BaAl2Si2O8晶体。采用水系流延成型制备玻璃封接环并应用于大面积单电池的性能测试。以纯H2为燃料,O2为氧化气体,单电池在连续测试280h、750℃至常温热循环10次之后的开路电压为1.19V,电池的最大功率密度为0.42W/cm2。测试后的微晶玻璃与YSZ、阳极结合紧密,界面无裂纹及孔洞,且具有较好的化学稳定性。     

水系流延BaTiO3陶瓷基片的研究

以纳米BaTiO3粉体为原料、聚丙烯酸（PAA）为分散剂、聚乙烯醇（PVA）为粘结剂,通过水系流延成型制备了BaTiO3陶瓷基片。研究了各种添加剂及固相含量等对浆料和素坯片性能的影响,同时对流延片的干燥工艺、烧成制度等也进行了研究。结果表明,当分散剂用量为1．0wt％,粘结剂含量为6～8wt％时,流延素坯片的综合性能较好,BaTiO3粉体在坯片中分散均匀。在1300℃烧结,可以得到平整、致密的BaTiO3陶瓷基片。     

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。     

WO_3/Cd_2SnO_4的制备及其光催化分解水析氧活性

采用固相反应法合成出尖晶石结构的Cd2Sn O4,进而在Cd2Sn O4粉体颗粒表面附着WO3,制成WO3/Cd2Sn O4异质结光催化剂。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计等对催化剂粉体进行了表征。在可见光模拟系统中以碘酸钾为电子捕获剂检测氧气生成速率,表征催化剂的光催化性能。结果表明:WO3附着在Cd2Sn O4颗粒表面有利于光生电子的转移和光解水析氧反应。WO3/Cd2Sn O4催化剂较之纯Cd2Sn O4催化剂活性显著提高。当WO3附着量为2.3%(质量分数)时,2.3%WO3/Cd2Sn O4光解水析氧速率可稳定在200μmol/(g·h)。     

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%.