中温固体氧化物燃料电池铁系阳极催化剂的性能研究

采用水系流延法制备多孔氧化钇稳定氧化锆(Yttria-Stabilized Zirconia,YSZ)流延片与有机流延法制备YSZ电解质薄膜,经叠压共烧后获得多孔YSZ/致密YSZ薄膜复合基体。通过化学浸渍法分别在复合基体多孔YSZ层内浸渍了Fe(NO_3)_3、Co(NO_3)_2和Ni(NO_3)_2溶液来制备浸渍阳极SOFC单电池(以LSM+YSZ为阴极)。初步研究了铁系阳极催化剂的性能,测试了不同阳极SOFC单电池在不同温度下的电性能并采用SEM观察了不同浸渍阳极的形貌。进一步对Co-YSZ和Ni-YSZ阳极单电池的抗积碳性能进行了测试与比较。结果表明:在氢气气氛中钴的催化活性最高,镍次之,铁最差;在乙醇气氛中钴的催化活性仍要好于镍,而且Co-YSZ阳极单电池的抗积碳性要明显优于Ni-YSZ阳极单电池。铁系催化剂中Co的催化性能和抗积炭性能最佳。     

Ni/YSZ阳极浸渍La2O3对SOFC电池抗积碳的影响

以水系流延法制备阳极支撑型平板式IT-SOFC的阳极/电解质(Ni-YSZ/YSZ)半电池, 通过浸渍La₂O₃颗粒对半电池阳极进行改性, LSM+8YSZ为阴极制备单电池。采用扫描电子显微镜(SEM)观察单电池显微结构; 利用能谱(EDS)测试阳极成分; 单电池以乙醇水蒸气为燃料, 在750℃下利用循环伏安法测试单电池的功率密度, 交流阻抗法测试单电池的阻抗。结果表明: 单电池Ni/YSZ阳极孔洞中浸渍的La₂O₃颗粒约90 nm; 浸渍改性的电池比未浸渍的电池具有更稳定的电性能, 随着La₂O₃浸渍量越来越多, 电池的电性能和稳定性越来越好, 抗积碳能力越来越强。当浸渍量为2.4wt%时, 以乙醇水蒸气为燃料在750℃下运行7 h后, 电池衰减率仅为0.09%/h。     

固体氧化物燃料电池阴极材料La1.2Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ的研究

以聚丙烯酸、柠檬酸和尿素三种复合配体作为络合剂,采用溶胶凝胶法制备成La1.2Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ前驱物,经800℃煅烧获得阴极粉体。利用丝网印刷法将LSCN和GDC制备成复合阴极。利用XRD、TEM、ED、SEM、压汞仪和电化学工作等分别对LSCN粉体的物相、结构和电极的形貌、孔结构和电性能等进行了表征。研究结果表明,800℃煅烧获得了颗粒尺寸约为80nm、正交晶型结构的La1.2Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ阴极粉体,单电池以含水蒸气的H2为燃料在750℃得到了稳定的电性能。     

Ru-Ni-YSZ多维阳极在直接乙醇SOFC的应用研究

采用浸渍-自置换法,以Ru Cl3为添加剂,丙酮为表面活性剂,在阳极支撑SOFC的Ni-YSZ阳极上表面制备纳米Ru功能层,并制备Ru-Ni-YSZ||YSZ||Pd-Ag单电池。通过SEM,TEM,XRD对电极进行表征,发现Ru在Ni-YSZ阳极表面以及内部可以形成多维纳米花状催化层。通过测试不同沉积量和不同温度下纳米Ru层对单电池的电性能的影响。在750℃时,以乙醇为燃料,Ru沉积量为0.6%(质量分数)的燃料达到最高264 m W/cm~2。当Ru沉积量为0.4%时,燃料电池在700,750,800℃时,最大功率分别达到200、261和316 m W/cm2。在开路电压条件下,电池运行15h,没有出现下降和积碳现象。     

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。     

LSM溶胶浸渍LSCF-GDC三相复合阴极制备及性能研究

高性能阴极是提高SOFC电池性能的关键因素。为了提高阴极电化学性能和降低阴极极化阻抗, 本实验将Pechini法制备的LSM(La_0.85Sr_0.15MnO₃)溶胶浸渍到LSCF(La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ)-GDC(10GDC)多孔阴极中, 构成LSM-LSCF-GDC三相复合阴极。为了提高浸渍效率, 研究了不同pH下LSM浸渍液的浸渍情况, 研究发现: LSM浸渍液的pH是影响浸渍效果和浸渍量的直接因素。当LSM浸渍液为弱碱性时, 络合物胶体粒子带负电, 而LSCF-GDC的孔洞内壁带大量的负电, 这样使得两者间的主要作用力为排斥力, 有利于LSM胶体粒子进入阴极的孔洞内部。当LSM浸渍液pH为8.0时, 生成的LSM纳米颗粒能较均匀地分布在阴极骨架内壁, 随着浸渍次数的增加, 阴极的极化阻抗先减后增, 浸渍3次的复合阴极具有最低极化阻抗0.16 Ω•cm²(700℃空气中)。在700℃下, 以H₂+3% H₂O为燃料、空气为氧化气体, 浸渍与未浸渍的电池的最大功率密度分别为0.645 W/cm²和0.503 W/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。     

超薄陶瓷板制备方法的概述

超薄陶瓷板具有材质轻盈,给负载物体施加压力小,生产中能耗小,原料消耗低,窑具损耗少等优点。参考了建筑卫生陶瓷、特种陶瓷、日用陶瓷等对超薄陶瓷或增韧陶瓷的一些制备工艺,介绍几种可行的高抗折强度超薄陶瓷板的制备方法,并对其工艺上可能遇到的问题作出可行性分析。     

直接甲烷燃料的SOFC复合阳极制备及研究

积碳是限制直接碳氢燃料电池阳极发展的瓶颈问题。本文采用浸渍法,在固体氧化物燃料电池Ni/YSZ阳极上制备纳米Ru层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)对阳极成分和结构进行表征发现:显微结构良好的Ru催化层和纳米级Ru颗粒均匀的分散于Ni-YSZ阳极内部。以甲烷为燃料,单电池在750℃的温度下,浸渍了0.67 mol%Ru的Ru-Ni-YSZ||YSZ||Ag单电池获得最大功率密度可达374 mW/cm~2。电池恒电流200 mA/cm~2条件下进行运行,电压维持在0.85 V连续运行20 h没有发生降低。相较于未浸渍的单电池,添加了Ru层的电池的电性能及抗积碳性能获得明显提高。