固体氧化物电池技术及其在新型电力系统中的应用前景

双碳目标下,我国将氢能纳入终端能源体系,与电力协同互补,未来将成为终端能源消费主体。燃料电池高效可靠发电与可再生能源规模化电解制氢技术,是目前迫切需要突破的核心技术环节。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)具有全固态陶瓷结构、燃料适应性强、发电效率高、模块化运行,在大型电站、分布式发电、小型家用热电联产等固定式电力领域具有很好的应用前景,在目前以煤电为主的发电结构以及未来可再生能源高占比的新型电力系统中都可以保障电力系统的稳定性和可靠性。固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)电解制氢技术效率高,能耗低,不需要贵金属,还能够转化利用CO_(2),实现碳循环,是未来重要的电解制氢发展方向,在电力过剩的时候可以实现储能应用同时耦合能源化工。发展基于固体氧化物电池(SOFC+SOEC)的能源高效转化与存储技术,可以为建设新型电力系统奠定技术基础,同时有利于优化能源结构、带动产业转型升级,推动能源低碳绿色革命。

加强化工安全教育 培养学生安全环保意识

近年来化工安全事故频发,给国家和人民生命财产安全带来了巨大损失。化工安全与环保作为高等院校化工专业的重要专业课程之一,迫切需要加强化工安全教育,培养学生安全环保意识,为我国安全生产和环境安全保驾护航。针对目前化工新形势的发展,理论与实践脱节的问题,结合自身教学实践,提出化工教学实践改良对策:提高教师自身专业素质,加强课堂教学中对化工事故视频案例的介绍分析与讨论,利用现代化工安全仿真技术,采用全方位的评价与考核方式。通过近6年实践性教学工作的开展,学生分析、解决实际问题的能力得到了大幅提高,为学生走上工作岗位奠定了坚实的理论知识和实用技能。

我国固体氧化物燃料电池产业发展战略研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有发电效率高、燃料适应性强、高温余热可回收等优点,在大型发电、分布式发电及热电联供、交通运输及调峰储能等领域具有广阔的应用前景,是最前沿的燃料电池技术。大力发展采用氢及碳基燃料的固体氧化物燃料电池技术将有助于推动我国能源供给侧结构性改革,推动能源技术革命,为实现碳达峰、碳中和目标奠定技术基础。本文介绍了国内外固体氧化物燃料电池产业的发展现状,分析了我国固体氧化物燃料电池产业发展面临的难题,结合国外固体氧化物燃料电池产业发展的经验,梳理了我国固体氧化物燃料电池产业发展的思路及重点任务。研究提出,加快制度体系建设,加强固体氧化物燃料电池技术及产业发展的顶层设计;强化财税金融支持,充分发挥市场在资源配置中的决定性作用,突出企业主体地位;坚持创新驱动发展,把自主技术创新作为推动固体氧化物燃料电池产业发展的主要驱动力;完善标准规范体系,形成具有自主知识产权的技术标准;加强固体氧化物燃料电池领域人才培养,深化国际交流与合作,为今后我国固体氧化物燃料电池产业的规模化、商业化发展提供指导。

中低温固体氧化物燃料电池阴极界面改性研究进展

在碳达峰、碳中和目标下,我国迫切需要提高煤炭的利用效率,降低CO_(2)排放。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将碳氢燃料的化学能直接转换为电能的高效、环境友好的电化学转化装置。传统SOFC运行温度较高(800~1 000℃),长期高温运行会导致系统成本过高,关键材料性能衰减,以及组件间元素的互扩散、相反应等诸多问题。发展中低温SOFC已经成为未来SOFC技术发展的必然选择。然而,低温下,阴极缓慢的氧还原反应(ORR)动力学和不稳定性是制约SOFC技术发展的主要挑战。近年来,阴极界面改性作为一种提高中低温SOFC性能的有效策略得到广泛研究。通过设计不同的改性界面,可以显著加速阴极ORR动力学,有效地拓展阴极三相界面,提高阴极电催化活性,进而提高电池电化学性能;同时有效限制阴极颗粒长大,减少二次相生成,提高电池寿命。综述了界面改性的结构种类和特征(复合结构,膜状界面结构,骨架/表面涂覆结构),详细介绍了原子层沉积、脉冲激光沉积、湿法浸渍3种阴极界面改性技术,以及阴极界面改性对氧离子输运、氧还原反应活性以及稳定性的影响。最后,讨论了目前阴极界面改性技术存在的问题与挑战,以及克服这些问题的可能策略,为中低温SOFC阴极材料和结构的合理设计提供指导,为SOFC的实际应用奠定基础。

无机非金属材料学课程互动式实验教学探索

该文针对无机非金属材料学课程的相关实验环节,介绍了互动式教学设计及方法的具体实施情况,并对该实验课程的教学方法和考核方式进行了改革。实践结果表明,学生能够充分投入实验课程,开展团队协作和师生互动。互动式实验教学方法从多角度考察了学生的综合能力,提高了学生对该课程的学习兴趣,取得了较好的教学效果。

基于泰森多边形服务分区的常规公交站点布局优化

基于泰森多边形,以公交站点服务区内的所有乘客平均步行到站时间最小为目标建立了一种常规公交站点布局优化模型。首先,分析了公交车乘客乘车习惯与泰森多边形的性质,论证了将泰森多边形的概念引入到公交站点服务区的可行性;然后,介绍了泰森多边形的生成算法,以及对优化区域进行分区的操作流程,并以此构建了优化模型,建立了乘客选择公交出行的比例与步行到站时间的函数关系式,在备选站点中选择满足目标条件的站点做为最终确定的公交站点;最后,通过实例验证了模型的实践性和科学性。研究结果表明:泰森多边形的特性与公交站点服务区所具备的性质极其相似,将泰森多边形应用到常规公交站点的优化研究中,可以解决公交站点的布局优化问题。

互动式教学方法在无机非金属材料学课程中的应用研究

提高学生的学习兴趣,有助于提高学生对课程知识的掌握程度,而互动式教学方法对提高学习兴趣具有重要的推动作用。以无机非金属材料学课程为例,着重从课堂教学和课外教学两方面介绍互动式教学方法的具体应用,并分别从教师和学生的角度探讨了开展互动式教学的具体措施,以期为其他课程开展互动式教学提供借鉴和参考。

浅谈互动式教学方法在无机非金属材料学课程中的实施

本文以无机非金属材料学课程为例,探讨了互动式教学在该课程中的具体实施方法和实施效果。通过多层次的互动式教学方法在该课程的实施,使得课本知识与实践生产相结合,将书本知识加深拓广,可达到提高学生学习兴趣、增强知识理解、培养创新能力等目的。互动式教学方法的实施对于教师和学生的协调能力和创新能力等都有积极的促进作用。

材料专业固体物理教学实践探索与反思

由于固体物理学和材料学的学科定位和性质不同,导致目前材料专业的固体物理教学存在着诸多问题,本文从材料学科固体物理的重要地位及目前的教学现状出发,结合作者固体物理课程实际的教学经验,对如何摆脱当前固体物理教学窘境,提高材料专业固体物理课程的教学成效提出若干思考。

《纳米材料》课程教学改革与实践探索

纳米材料课程具有结构复杂、理论性强、内容抽象且变化发展快等特点,这给“授业”方理论知识向“解惑”方的高效传输带来了较大的挑战。作者结合课程讲授心得体会,对纳米材料课程的教学改革与实践探索提出了一些观点。

固体氧化物电解池技术应用研究进展

固体氧化物电解池(SOEC)是固体氧化物燃料电池(SOFC)的逆运行装置。利用SOEC高温电解水制氢具有高效节能的优点,是目前新能源技术领域的研究热点之一。总体上看,国内SOEC技术应用研究水平相较国外仍然有很大差距。本文综述了SOEC的基本原理以及国内外应用研究的历程及发展现状。

燃料电池驱动未来

面对日益凸显的能源和环境问题,世界各国早已经达成了谋求绿色可持续发展道路的共识。燃料电池作为新能源技术领域的热点,被普遍认为是一种高效清洁的新型发电方式,可灵活地为交通工具、家用电器、航空航天等提供动力。本文概述了燃料电池的发展历程、发电原理及现实应用等,重点介绍了目前燃料电池技术的发展与应用。

Sr_2FeNbO_6晶格常数及电子结构的第一性原理研究:交换关联泛函及计算参数的选择

以第一性原理计算软件Material Studio的CASTEP模块,对Sr_2Fe Nb O_6(SFN)的结构、性能进行优化模拟,并与实验真实值对比,研究适合于SFN材料体系的交换关联泛函及相关参数的合理设置。具体为:采用不同的交换关联泛函对晶胞进行几何结构优化,研究不同泛函对晶胞参数计算结果的影响;分别计算电子结构及禁带宽度,并与采用紫外-可见漫反射分析得到的禁带宽度值比较;对体系进行计算收敛测试,判断合适的K点取样、截断能;研究采用Hubbard模型对Fe和Nb赋不同U值对SFN禁带宽度及晶格参数计算结果的影响。结果表明:使用GGA-PBESOL泛函,当K点取样密度为(2×2×2),截断能为400 e V时,已经可以满足基本的计算精度要求;使用GGA+U方法,当UFe=7 e V、UNb=9 e V时,计算出的禁带宽度和晶格常数与实验值符合较好。

固体氧化物电解电池阴极材料Sr2Fe1-xMnxMoO6-δ纳米粉体的制备

采用溶胶–凝胶柠檬酸燃烧法合成出应用于固体氧化物电解电池阴极的双钙钛矿型复合氧化物Sr2Fe1–xMnxMoO6–δ(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.8)系列粉体材料。制备出的粉体经研磨后在不同的温度和空气或4%(体积分数,下同)H2/Ar混合气氛下煅烧。利用综合热分析、X射线衍射,、扫描电子显微镜以及比表面积分析对不同条件下锻烧的粉体进行表征,研究了煅烧温度、制粉方法等对钙钛矿结构形成以及粉体形貌的影响。分析结果表明:钙钛矿结构的形成和Mn的含量、助燃剂含量、煅烧气氛、煅烧温度以及溶胶的pH值均有关系。在4%H2/Ar混合气体气氛下,加入0.5mol助燃剂NH4NO3(助燃剂与金属离子总数摩尔比为25:12)的Sr2Fe0.8Mn0.2MoO6–δ在900℃下煅烧2h后形成了单一的钙钛矿结构。

中低温固体氧化物燃料电池电解质材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种全固态的电化学能量转换装置,它的能量转换效率高达70%,且其尾气中的有毒成分含量极低,是未来化石燃料发电技术的理想选择之一。SOFC具有较宽的工作温度范围,通常在450~1000℃。高温下(800~1000℃)尽管SOFC在燃料选择方面具有更高的灵活性,但是材料性能衰减的加快、运营成本的提高,以及系统的开关速度变慢等一系列缺点也愈加明显。因而,SOFC主要朝着低温化的趋势发展。降低SOFC工作温度最有效的方法是提高固体电解质的电导率,以尽量减少电池的欧姆阻抗。本文综述了萤石型、钙钛矿型和复合型3类固体电解质材料国内外的研究进展,同时展望了未来中低温SOFC电解质材料的研究方向。钙钛矿型电解质材料在中低温下具有较高的纯离子电导率,且具备丰富的改性空间,有望成为将来中低温SOFC电解质材料的首选。

流延法制备固体氧化物电解池氢电极支撑电解质的共烧结技术研究

采用流延和共烧结工艺制备平整的固体氧化物电解池氢电极支撑电解质的半电池,根据NiO-YSZ和YSZ样品的烧结收缩曲线(热膨胀仪测定)和TG-DSC曲线(热分析仪测定)来确定最佳共烧结制度。深入研究烧结温度、烧结时间、烧结方式、造孔剂含量(调节氢电极的收缩)对烧结平整度以及致密度的影响。确定最佳、合理的烧结手段来获得平整的电池片子。烧结后的样品的微观结构通过扫描电子显微镜观察。结果表明:当造孔剂用量为28%(质量分数),烧结温度为1340℃,烧结时间为30h,并采取压力辅助烧结方式,可以获得大面积平整的半电池片子。

Bi掺杂Ba_(0.6)Sr_(0.4)CeO_3电解质材料的导电性研究

Ba_(0.6)Sr_(0.4)CeO_3具有特殊的质子传导特征,可作为新型电解质材料应用于中低温燃料电池。主要研究了Bi掺杂对Ba_(0.6)Sr_(0.4)CeO_3材料电导率的影响及其相关机理。采用高温固相法合成了不同Bi掺杂量的Ba0.6Sr0.4Ce1-xBixO3(x=0,0.05,0.1,0.2)粉体。利用XRD及SEM分析了Bi掺杂量对材料物相组成和断口形貌的影响。通过电化学工作站分别测试了Ba0.6Sr0.4Ce1-xBixO3在空气和氢气气氛下的电导率,并分析了材料在不同气氛下的导电机制。结果表明:不同掺杂量的Ba0.6Sr0.4Ce1-xBixO3在空气中1300℃下保温10 h均可形成结构单一且气密性较高的电解质。掺杂Bi可有效提高Ba_(0.6)Sr_(0.4)CeO_3体系的电导率,当Bi掺杂量x为0.2时,Ba0.6Sr0.4Ce0.8Bi0.2O3电导率最高。在氢气气氛下,700℃时,Ba0.6Sr0.4Ce0.8Bi0.2O3的电导率达到了9.1×10-3 S·cm-1。

可逆固体氧化物电池电极材料研究进展

可逆固体氧化物电池(RSOC)是一种全固态电化学能量转换装置,可以实现化学能和电能的高效洁净可逆转换,有望应用于智能电网领域实现削峰填谷以及规模化可再生能源的转化存储。由于RSOC需要分别在固体氧化物燃料电池(SOFC)及固体氧化物电解池(SOEC)模式下进行可逆、循环切换工作(存在放电/供电及氧化/还原气氛变化),对电极材料性能和物理化学稳定性要求高,迫切需要提高电极催化活性和氧化还原稳定性。介绍了RSOC的工作原理,综述了目前RSOC电极材料的研究成果及研究现状,分析了可逆对称电极材料在RSOC中的应用前景并展望了其未来的发展方向。

混合电导钙钛矿材料高温电化学应用前沿

混合电导钙钛矿陶瓷材料可广泛应用于固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池和透氧膜等高温电化学器件,在能源转化、利用及存储领域展现出诱人的应用前景。综述了混合电导钙钛矿材料的结构、性质及应用现状,总结了现阶段研究的热点难点问题,并展望了未来发展趋势。

Co-Nb缺陷对Sr_2Co_xNb_(2-x)O_(6-δ)导电性能影响的第一性原理研究

选择Sr_2Co_(x )Nb_(2-x )O_(6-δ)(SCNO)作为电极材料进行了研究。SCNO中Co和Nb具有相近的半径,且共价态差异很小,因此存在本征阳离子无序缺陷。利用第一性原理以及密度泛函理论对SCNO以及存在Co_(Nb)-Nb _(Co)反占位缺陷的SCNO进行了计算。计算结果表明,GGA-PBE函数在修正情况下能够很好的符合实际实验数据。利用该函数计算对比实验数据,可发现O空位对其导电率起到了至关重要的作用。Co与Nb在其正常位置时,Co为+2,+3,+4价(大部分为+3价,+4价极少),Nb为+4,+5价,位于反占位缺陷位置时,Co为+2价,而Nb为+4价。计算结果显示氧空位形成能量大小排序为:Co^(3+)-O-Nb^(5+)>Co^(2+)-O-Co^(3+)>Nb^(4+)-O-Nb^(5+)。并且Co^(2+)-O-Co^(3+)与Nb^(4+)-O-Nb^(5+)之间电子位移越多,电子斥力会越弱,而空位稳定性越强。因此可得阳离子无序程度越高,电导率也越高。