基于La0.6Sr0.4CoO3-δ原位成相的中温固体氧化物燃料电池梯度阴极制备与表征

采用溶胶-凝胶法制备出匀质、比表面积高的La0.6Sr0.4CoO3-δ(LSC)阴极前驱体粉体以及其与Ce0.8Gd0.2O2-δ(CGO)的复合阴极粉体,并通过TGA、XRD和BET等手段对粉体进行表征;结果表明:LSC阴极前驱体经在高温氩气中煅烧和在空气中850℃退火2 h后能够完成成相,这相应于功能梯度阴极的制备和SOFC电池堆工作前的退火条件,LSC/CGO和LSC分别沉积在NiO/YSZ阳极支撑的SOFC半电池CGO阴极阻挡层上,功能梯度阴极在氩气中分别在900、950、1000℃温度下进行烧结,SEM和EDX分析发现功能梯度阴极与CGO阻挡层结合良好,但SrZrO2可在YSZ-CGO界面层中形成。LSC原位成相后的单电池性能测试表明,输出性能随着烧结温度的降低而提高,相比而言900℃为最佳烧结温度。

中温固体氧化物燃料电池LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ-)Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_2梯度复合阴极制备及交流阻抗性能

应用丝网印刷和共烧结制备LaNi0.6Fe0.4O3-δ(LNF)-Gd0.2Ce0.8O2(GDC)梯度复合阴极/Gd0.2Ce0.8O2/Sc0.1Zr0.9O1.95(ScSZ)/Gd0.2Ce0.8O2/LaNi0.6Fe0.4O3-δ(LNF)-Gd0.2Ce0.8O2(GDC),组成梯度复合阴极对称电池.实验表明,在750 oC工作温度下单层70%LNF-30%GDC(文中均指质量百分比)复合阴极的极化电阻为0.581Ω·cm2,而三层60%LNF-40%GDC/70%LNF-30%GDC/100%LNF复合阴极的极化电阻最小(0.452Ω·cm2).由于阴极组成在ScSZ电解质和LNF阴极之间呈梯度变化,因此获得了最佳的阴极/电解质界面,大大加快了三相界面或气体/阴极/电解质三相接触点反应区的扩散,其电荷传递电阻Rct和浓差极化电阻Rd均减小,因而具有最低的阴极极化电阻值.

梯度复合阴极LaBaCo_2O_(5+δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)的制备及电化学性能

采用机械混合法制备中温固体氧化物燃料电池梯度复合阴极材料LaBaCo2O5+δ-Ce0.8Sm0.2O1.9(LBCO-SDC)。通过X线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)分析、热膨胀法、交流阻抗谱法和循环伏安法分别对晶体结构、界面微观结构、热膨胀性及电化学性能进行表征。结果表明:LBCO阴极与SDC电解质之间具有良好的化学相容性;电解质SDC的添加有效地降低了阴极材料LBCO的热膨胀系数;双层梯度复合阴极比单层阴极表现出更小的比表面电阻以及极化过电位,显示出更好的电化学性能;在700℃时,双层梯度复合阴极的比表面电阻与LBCO阴极相比下降了约13.2%,极化过电位(电流密度为0.20 A/cm2)从51.0 mV下降到46.4 mV。

Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)基中温SOFC阴极制备与性能研究

采用Pechini方法制备Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)(x=0,1.5)和Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)(CGO)两种阴极粉体,并通过X射线衍射光谱法(XRD)等手段对粉体进行表征,结果表明Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)阴极前驱体在空气中1 150℃退火12 h后能够完全成相。Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/CGO(或Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ))和La_(0.6)S r_(0.4)Co O_(3-δ)(LS C)集电层分别沉积在具有CGO阻挡层的半电池上形成单电池,扫描电子显微镜法(SEM)分析发现功能梯度阴极与CGO阻挡层结合良好。以Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/CGO(或者Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ))为阴极的单电池性能测试表明,掺杂不同比例CGO以后,电池输出性能均随之而降低,而以Pr_2NiO_(4+δ)为阴极的电池性能达到相应温度下的最高输出性能。

单室固体氧化物燃料电池阴极材料La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3的电化学性能研究

采用高温固相法制备了La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3(LSCM)并利用XRD,SEM以及电化学阻抗谱(EIS)分别对粉体及电极进行研究。结果发现LSCM在C3H8-O2-N2混合气氛下能够保持很好的高温化学稳定性,且与电解质材料YSZ在1400℃空气气氛下不发生化学反应。电化学测试结果表明,阳极支撑型单室固体氧化物燃料电池Ni-YSZ|YSZ|LSCM在700℃、C3H8-O2-N2混合气氛下的短路电流密度达317 mA·cm-2,最大功率密度73 mW·cm-2。将LSCM与CGO形成梯度阴极,相同测试条件下,单室电池的短路电流密度为560 mA·cm-2,功率密度达到110 mW·cm-2,电池输出性能提高约50%。

中温固体氧化物燃料电池复合阴极研究进展

提高阴极的性能对固体氧化物燃料电池（SOFC）在中低温下的应用至关重要。这是因为随着固体氧化物燃料电池工作温度的降低，阴极／电解质界面电阻迅速增大，成为限制SOFC性能的主要因素。本文综述了中温固体氧化物燃料电池复合阴极的研究现状，从加入贵金属类材料来提高阴极的催化活性和加入电解质或做成多层电极以改善电极微结构等方面进行了阐述，并应用电极反应动力学、三相界面理论等，初步探讨了影响复合阴极的因素和机理。

固体氧化物电解池La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)梯度型复合阴极制备及性能研究

在氧化和还原条件下具有稳定结构的La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ)(LSCM)钙钛矿型氧化物是固体氧化物电解池(SOEC)高温水蒸气电解的重要阴极材料之一。为改进LSCM基阴极的催化活性,优化电极反应的三相界面,本研究通过LSCM与Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)(GDC)按照不同摩尔比组合成3层结构的梯度型复合阴极,并且在电极与电解质之间增加一层薄层的GDC缓冲层,增强电极与电解质的结合强度和化学相容性。构建三电极体系进行电化学测试,各电极分别在800℃,4%H_(2)O/H_(2)和4%H_(2)O/N_(2)环境中,开路电压状态下进行电化学阻抗谱测试,并根据等效电路将测试结果进行拟合。根据拟合结果研究阴极在还原和非还原性条件下电极反应过程的极化阻抗和控制步骤。当梯度型复合阴极中LSCM与GDC在第1~3层的摩尔比分别为40∶60,60∶40,80∶20时,电极在还原和非还原性气氛下具有较低的欧姆电阻和电极反应极化电阻,在4%H_(2)O/H_(2)环境下的欧姆阻抗R_(0)和极化阻抗R_(p1),R_(p2),R_(p3)分别为1.06,0.13,0.057,0.0082Ω·cm^(2),在4%H_(2)O/N_(2)环境下的欧姆阻抗R_(0)和极化阻抗R_(p1),R_(p2),R_(p3)分别为1.71,0.47,0.048,0.83Ω·cm^(2),因此电极具有较高的电子-离子电导率和较大的三相界面。