La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)复相材料的性能

通过干压成型制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O1.95(LSCF-GDC)系列双相复合材料,研究了不同LSCF含量对复合材料电导率及烧结性能的影响,同时对微观结构进行了深入分析。结果表明:LSCF含量越高,材料的电导率越高,LSCF质量含量为65%时,800℃电导率可达141.7S/cm。扫描电子显微镜分析了材料的微观结构,晶粒发育良好,结构致密;LSCF对GDC晶粒增长有抑制作用,LSCF质量含量为65%时,1 350℃烧结5h,GDC晶粒尺寸仅有0.3~0.6μm。因此具有很好的微观结构及电性能的双相复合LSCF-GDC透氧膜材料将具有很好的应用前景。     

水热原位生长制备致密氧化铈基固体氧化物燃料电池隔离层

面向高性能固体氧化物燃料电池(SOFC)低成本制备及长寿命运行需求,提出了一种致密氧化铈基隔离层的制备方法。将阳极支撑半电池的Y₂O₃稳定ZrO₂(YSZ)电解质浸没于硝酸钆和硝酸铈水溶液中,并在180℃水热条件下处理36 h,获得了原位生长的致密Gd₂O₃掺杂CeO₂(GDC)薄膜;进一步将其与La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3–δ阴极在1 075℃共烧结,得到阳极支撑SOFC单电池。结果表明,水热原位生长制备的GDC隔离层连续且致密,组成约为Gd_0.044Ce_0.956O_2–δ,厚度约为0.23μm;阳极支撑单电池在750℃的欧姆阻抗约为0.101Ω·cm²,相较于传统丝网印刷GDC隔离层单电池降低了约38%,在室温加湿氢气燃料下的最大功率密度达到...     

阳极支撑三层一体化结构电池的制备及性能

采用流延工艺制备了NiO-8％Y2O3/ZrO2(YSZ)阳极支撑三层一体化结构单电池,在此基础上采用浸渍工艺在多孔YSZ基体上低温制备了高活性阴极La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF).研究发现:降低电极制备温度可以得到微观形貌可控、分布均匀的纳米电极,并且避免了电极与基体间的反应:通过控制浸渍次数,制备了不同LSCF含量的电池;随着浸渍量的增加,电极的极化电阻显著下降;在800℃时,LSCF质量分数为45％的电池的功率密度高达1090 mW/cm2,同时电池稳定运行90h,表现出了很好的稳定性.     

Co掺杂SrTi0.3Fe0.7O3-δ 阳极SOFC在化工副产气燃料下的性能及稳定性

化工副产气是具有一定热值的可燃性复杂气体,但一直以来提纯再利用经济效益低,大多采用直接燃烧的方法处理。针对当前化学工业开展绿色低碳转型的需求,研究了固体氧化物燃料电池(SOFC)采用化工副产气发电的性能。以SrTi_0.3Fe_0.7O_3-δ (STF)钙钛矿氧化物为基础,采用高温固相合成法制备了B位Co掺杂的Sr_0.95Ti_0.33Fe_0.6Co_0.07O_3-δ (STFC)阳极,以不同种类和组成的模拟化工副产气作为燃料,系统研究了单电池的电化学性能和稳定性。结果表明,STFC钙钛矿氧化物在加湿氢气中还原后原位析出Co_0.28Fe_0.72纳米合金颗粒;以其为阳极的SOFC单电池在多种模拟化工副产气燃料下实现了高性能运行,表现出较小的极化阻抗和良好的电化学性能输出;在含有多种碳氢组分的复杂燃料下表现出卓越的长期运行稳定性。     

钙钛矿阳极固体氧化物燃料电池在CO–CO2燃料下的性能和稳定性

以原位析出纳米Co–Fe颗粒的La_0.4Sr_0.6Co_0.2Fe_0.7Nb_0.1O_3–δ(LSCFN)钙钛矿为阳极,考察了直接使用CO–CO₂燃料时的阳极结构演变、单电池电化学性能和稳定性。结果表明:在CO燃料中,ABO₃钙钛矿结构LSCFN转变为A₂BO₄层状钙钛矿结构;在CO中引入少量CO₂后,LSCFN则以单钙钛矿结构为主,并有效抑制了碳沉积。单电池在CO燃料下的最大功率密度可达0.6 W/cm²(850℃),并在n(CO):n(CO₂)=5:1(摩尔比)燃料下运行超过100 h。     

LaNi0.6Fe0.4O3阴极接触材料导电特性调控及其对SOFC电化学性能的影响

鉴于平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆对低面电阻、高稳定性阴极接触材料的需求,本研究阐明了LaNi_0.6Fe_0.4O₃(LNF)颗粒尺寸调控对导电和SOFC单电池性能演变的影响机制,优化了LNF预处理工艺,降低了接触组件面电阻,提升了SOFC单电池性能及热循环稳定性。结果表明：预压造粒的样品(LNF-2)与高温烧结预处理的样品(LNF-3)的面电阻更小,分别为0.074和0.076?·cm²;在750℃施加1 A/cm²电流负载后,能够更快地进入稳态,并保持颗粒尺寸稳定。其中,LNF-2单电池在750℃下的峰值功率密度0.94 W/cm²较未处理的LNF的0.66 W/cm²高,但在热循环过程中性能衰减较大,下降了20%;而LNF-3单电池在20次热循环后峰值功率密度仅下降了4%。本研究对高可靠SOFC电堆装配及其长寿命稳定运行具有指导及参考价值。     

Li2O助烧的Gd0.1Ce0.9O1.95烧结过程及其电导性能研究

氧化铈基电解质是中低温固体氧化物燃料电池最常用的材料之一。本研究利用密度泛函理论计算方法阐述了Li₂O和CeO₂分子之间的相互作用, 计算结果表明Li₂O对CeO₂具有助烧作用。在此基础上, 在氧化铈基电解质Gd_0.1Ce_0.9O_1.95(GDC)中掺入不同比例(0~5mol%)Li₂O, 通过烧结曲线测试及扫描电镜分析了其实际烧结过程, 并对其电化学性能进行了研究。实验结果表明, 添加Li₂O后, GDC的烧结开始收缩温度明显向低温偏移, 随掺杂量的增加, 最大收缩速率的温度也逐渐降低, 其中掺入2.5mol%Li₂O-GDC在650 ℃就开始迅速收缩, 900 ℃时相对致密度在99%以上; 添加Li₂O后, GDC总电导率提高, 同时电池开路电压没有降低。因此, Li₂O是一种很好的燃料电池氧化铈基电解质的助烧剂, 具有很好的应用前景。     

烧结温度对La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)双相复合透氧膜性能的影响

采用干压成型制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O2-δ(LSCF-GDC)双相复合透氧膜,通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透氧量测试等研究了不同烧结温度下材料相结构、微观形貌以及透氧性能。结果表明:LSCF和GDC两相化学相容性较好,在1 300℃条件下共烧后没有杂相生成;随着烧结温度的升高,LSCF-GDC的氧渗透量逐渐增加。在烧结温度为1 300℃、操作温度为900℃时,厚度0.67 mm的膜片氧渗透量为0.14 m L/(cm2·min);在烧结温度不高于1 300℃时,LSCF-GDC双相膜的氧渗透活化能随着烧结温度的升高而逐渐降低。     

一步法合成La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Nb0.1O3-δ-Ce0.8Gd0.2O2-δ对称电极应用于SOFC性能研究

一步法合成La_0.4Sr_0.6Co_0.2Fe_0.7Nb_0.1O_3-δ-Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ(LSCFN-CGO)混合电导对称电极,并采用La_0.8Sr_0.2Ga_0.83Mg_0.17O_3-δ(LSGM)作为电解质制备了结构为LSCFN-CGO‖_LSGM‖LSCFN-CGO的对称电池。分别使用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)对LSCFN-CGO粉体物相及电极微观结构进行分析。一步法制得的LSCFN-CGO电极粉体为纯相,LSCFN钙钛矿相与CGO萤石相具备极好的化学相容性,且烧结得到了良好微观结构的对称电极。采用H₂(3%H₂O)、C₃H₈(3%H₂O)为燃料气测试电池性能,850℃电池最大功率密度可分别达980和869mW/cm²。稳定性测试在C₃H₈(3%H₂O)气氛中0.3 A/cm²的恒流放电条件下进行,全程共420 h,衰减较小,期间进行8次电极氧化还原循环,对称电极具有理想的碳基燃料下氧化还原再生能力。结果表明,采用一步法合成混合电导电极是一种简便、优化的电极制备方法,具有广阔的应用前景。     

Co掺杂SrTi0.3Fe0.7O3-δ 阳极SOFC在化工副产气燃料下的性能及稳定性

化工副产气是具有一定热值的可燃性复杂气体,但一直以来提纯再利用经济效益低,大多采用直接燃烧的方法处理。针对当前化学工业开展绿色低碳转型的需求,研究了固体氧化物燃料电池(SOFC)采用化工副产气发电的性能。以SrTi_0.3Fe_0.7O_3-δ (STF)钙钛矿氧化物为基础,采用高温固相合成法制备了B位Co掺杂的Sr_0.95Ti_0.33Fe_0.6Co_0.07O_3-δ (STFC)阳极,以不同种类和组成的模拟化工副产气作为燃料,系统研究了单电池的电化学性能和稳定性。结果表明,STFC钙钛矿氧化物在加湿氢气中还原后原位析出Co_0.28Fe_0.72纳米合金颗粒;以其为阳极的SOFC单电池在多种模拟化工副产气燃料下实现了高性能运行,表现出较小的极化阻抗和良好的电化学性能输出;在含有多种碳氢组分的复杂燃料下表现出卓越的长期运行稳定性。