固体氧化物燃料电池无钴钙钛矿阴极材料SrFeO_(3-δ)的掺杂改性

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种清洁、高效的能量转换装置,其性能主要受制于阴极的氧还原反应速率。传统高性能阴极材料以钴基材料为主,其价格昂贵、热膨胀系数大、化学稳定性差等制约了钴基材料的应用。为此,需要大力发展无钴阴极材料,具有钙钛矿结构(ABO_(3))的SrFeO_(3-δ)基材料是一种良好的离子-电子混合导体氧化物,它有巨大的潜力替代钴基材料。通过综述SrFeO_(3-δ)基阴极材料的掺杂改性,总结了A位、B位以及A/B位共掺杂的元素和掺杂量对SrFeO_(3-δ)的晶体结构、氧的非化学计量、热膨胀系数、电导率、氧传输和电化学性能等的影响。这些掺杂方式为发展和改性新型无钴阴极材料提供了一些新颖的策略。

IT-SOFCs阴极材料Sm_(0.8)La_(0.2)Ba_(1-x)Sr_xFe2O_(5+δ)的制备与表征

采用EDTA-甘氨酸联合络合法制备层状钙钛矿材料Sm0.8La0.2Ba1-xSrxFe2O5＋δ（x=0,0.25,0.50）。通过对材料晶体结构,显微形貌,电导率和电化学性能的分析,探索其作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的可行性。结果表明：Sr部分取代Ba并未改变材料有序层状结构。Sr的掺入提高材料电导率,随着掺入量提高,600~800℃平均电导率分别为18.35,24.85和48.20 S/cm。材料极化电阻随Sr掺入而稍微增大,较之常见无钴阴极仍较理想。700℃时,单电池功率密度分别为219.7,299.5和258.9 m W/cm2。作为初步研究成果,可知Sm0.8La0.2Ba1-xSrxFe2O5＋δ,特别是x=0.25时,可以成为有潜力的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。

Pr_(0.8)Sr_(0.2)Fe_(0.7)Ni_(0.3)O_(3-δ)-Pr_(1.2)Sr_(0.8)Ni_(0.6)Fe_(0.4)O_(4+δ)复合阴极的制备及其电化学性能

采用溶胶凝胶法制备单相Pr_(0.8)Sr_(0.2)Fe_(0.7)Ni_(0.3)O_(3-δ)(PSFN_(113))和Pr_(1.2)Sr_(0.8)Ni_(0.6)Fe_(0.6)O_(446)(PSNF_(214)),并将二者以3∶7的质量比固态混合制备PSFN;-PSNF;异质复合阴极,系统地研究异质界面的存在对样品的结构和性能的影响,并评估PSFN;-PSNF;复合材料作为中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极的潜力。结果表明,异质复合材料的两相间具有良好的化学稳定性和热稳定性,与Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)(GDC)电解质具有良好的兼容性和界面粘附性,具有长期运行稳定性。PSNF_(113)加入到PSFN_(214)中形成异质结构,可提高氧空位含量,改善PSFN;的氧离子传输。两相颗粒紧密缠绕以最大化形成异质界面,提高比表面积。800℃时,PSFN_(113)-PSNF_(214)的极化电阻值为0.053Ω·cm^(2),仅为PSFN_(113)的41%和PSNF_(214)的61%;相应单电池的最大功率密度为496.80 mW/cm^(2),高达PSFN_(113)的2.5倍和PSNF_(214)的1.6倍。60 h长期稳定性测试的电压衰减率仅为0.07%/h。因此,PSFN_(113)-PSNF_(214)异质复合阴极优异的性能和杰出的稳定性,使其可作为IT-SOFC阴极的候选材料。

无Co双钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料SmBaFeNi_(O5+δ)及其性能优化

用溶胶–凝胶法合成了无Co的双钙钛矿SmBaFeNiO_(5+δ)(SBFN)阴极材料,并引入Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9) (SDC)电解质材料制备复合阴极,降低热膨胀系数和优化性能。研究表明:SBFN在30~900℃的平均热膨胀系数为14.1×10^(-6) K^(-1),SBFN–SDC15 (质量比为85:15)复合阴极的平均热膨胀系数降为12.0×10^(-6) K^(-1)。SBFN在425℃时电导率具有最大值,为48 S/cm。700℃时SBFN|SDC|SBFN对称电池的界面极化阻抗(Rp)为0.386Ω·cm^(2)。在SBFN中引入SDC可以改善其电化学性能,SBFN–SDC10 (质量比为90:10)复合阴极具有最低的Rp,为0.224Ω·cm^(2)。800℃时,以SBFN和SBFN–SDC10为阴极的单电池,最大功率密度分别为367.6 m W/cm^(2)和507.8 m W/cm^(2)。

以Ni-YSZ和Sm0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3-δ为电极的微管固体氧化物燃料电池的制备及电化学性能(英文)

分别以Ni-YSZ中空纤维为阳极和Sm0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3–δ–Sm0.2Ce0.8O1.9(SSFCu-SDC)为阴极制备了微管固体氧化物燃料电池(SOFC)。利用扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站表征了微管单电池的显微结构与电化学性能。SEM分析表明,采用相转化法制备的Ni-YSZ中空纤维阳极呈特殊的非对称结构,主要由中间海绵状结构和内外两侧的指孔状多孔结构构成。通过真空辅助浸渍涂覆法和与阳极共烧技术在阳极支撑体上制备了致密的YSZ电解质膜和SDC过渡层。分别采用湿氢为燃料和静态环境空气为氧化剂测定了制备的微管单电池在650～750℃时的电化学性能。结果表明,该微管单电池具有高的输出性能,在750、700℃和650℃时的最大功率密度分别可达到485.9、382.7mW/cm2和260.3mW/cm2。