锥管状电解质支撑的固体氧化物燃料电池的制备及其性能

用石膏模注浆成型法制备了摩尔分数为8%氧化钇稳定氧化锆的致密锥管状电解质。在1500℃下煅烧4h,样品的相对密度达到97.7%。锥管的大开口端直径为16.5mm,小开口端直径为15mm,管壁长为12mm,壁厚为0.177mm。用甘氨酸–硝酸盐燃烧法制备了超细电极材料。将制备的锥管状电解质和电极材料组装成电解质支撑的固体氧化物燃料单电池,以氢气为燃料、空气为氧化剂,研究了该电池的性能。结果表明:电池开路电压(opencircuitvoltage,OCV)随温度的变化与理论结果一致,在800℃时,OCV达1.013V,最大输出功率约为190mW。阻抗谱测量结果表明:电解质的欧姆电阻是影响电池性能的主要原因。

管式电解质支撑型直接碳固体氧化物燃料电池的浸渍法制备及电性能

管状电解质支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC)具有稳定性高、电极选择范围广、易封接等优点,很适合应用于直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)现阶段的基础研究中。为实现管状电解质支撑型SOFC的便捷制备,本研究开发了管状YSZ(钇稳定化氧化锆)电解质支撑膜的浸渍法制备工艺。组装了电极材料为Ag-GDC(钆掺杂氧化铈)的电解质支撑型SOFC单电池。测试了单电池分别以加湿氢气和担载5%(w,质量分数)Fe的活性炭为燃料,环境空气为氧化剂的电性能。电池的开路电压接近理论值,且扫描电镜分析结果表明电解质膜致密。单电池以活性碳为燃料在800°C取得了280 m W?cm^(-2)的最大功率密度,接近其以加湿氢气为燃料的330 m W?cm^(-2)。交流阻抗谱结果表明YSZ电解质的欧姆电阻是影响电池性能的主要原因。DC-SOFC以恒电流1 A放电,运行了2.1 h,燃料利用率为36%。DC-SOFC二次装载碳燃料后的电性能几乎与初次的性能一样,表明制备的YSZ电解质支撑膜可稳定的应用于DC-SOFCs中。分析了DC-SOFC放电过程中电性能衰减的机制。

“383Windows”电解质自支撑新构型固体氧化物燃料电池的设计与制备

固体氧化物燃料电池的主要构型有电解质自支撑型与电极支撑型两种,然而这两种构型都存在明显的缺点。前者需要电解质层较厚,导致电池的欧姆阻抗较高,输出功率较低;后者的氧化还原稳定性较差,容易开裂、损坏,导致电池单体开路电压下降甚至完全失效。以氧化钇稳定的氧化锆电解质材料为例成功制备了“383Windows”构型电解质自支撑固体氧化物燃料电池,电解质层间结合紧密,结构稳定,具有优异的力学性能,在保证机械强度的前提下将电解质功能层的厚度成功降低到100μm以下。与同等厚度的厚膜电池相比,在800℃时“383Windows”构型电池的总欧姆阻抗降低了46.7%,输出性能得到了大幅度提高(最大功率密度提升了63.4%)。该结构易于拓展应用到其他电解质体系中制备固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池及全固态锂离子动力电池等,具有很好的商业化前景。

电解质支撑电池的NiO-Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)阳极的制备及性能(英文)

采用流延法制备电解质支撑基片,结合丝网印刷电极制备了结构为NiO-GDC/8YSZ/LSM-SSZ的电解质支撑平板型单电池。NiO-GDC阳极烧结温度分别为1100、1150、1200、1250和1300℃,而LSM-SSZ阴极烧结温度固定为1100℃。对制备的电池样品分别进行了直流放电电流–电压(I–V)、交流阻抗(EIS)及扫描电镜(SEM)测试。I–V曲线显示,阳极烧温分别为1100、1150、1200、1250和1300℃的电池800℃测试所得最大功率密度分别为540、529、648、715和359mW/cm2。阳极1250℃烧结电池样品800℃下测试的最大功率密度值最优为715mW/cm2,极化电阻最小为0.276 cm2。阳极烧结温度对电池阳极的微结构及电性能影响显著,通过控制阳极烧结温度可得到优异的电池结构与性能。

溶胶凝胶法制备膜支撑凝胶聚合物电解质及其性能研究

利用溶胶凝胶法制备膜支撑凝胶聚合物电解质。实验首先通过溶液聚合合成带有硅烷偶联基团的共聚物,将其水解交联后直接涂敷于聚烯烃(PE)膜,再吸附液体电解质活化得到产物。由于PE微孔膜支撑作用,体系力学性能较好。通过FTIR光谱、DSC热分析、X射线衍射、扫描电镜、交流阻抗、线性扫描伏安等测试,研究了材料的微观形态、化学及电化学性能。结果表明体系离子导电率较高,电化学稳定性好,使制备产品在锂离子电池开发中具有实际应用前景。

VO_x-Cu浸渍复合阳极支撑的抗硫中温固体氧化物燃料电池的制备与性能

用流延法制备钇稳定氧化锆(YSZ)多孔体素坯,在流延素坯上丝网印刷沉积10Sc1CeSZ电解质,经共烧结得到多孔YSZ支撑致密10Sc1CeSZ薄膜电解质的约为5cm×5cm较大面积的双层膜。在电解质薄膜上依次印刷阻挡层Ce0.8Gd0.2O2(CGO)和阴极La0.6Sr0.4CoO3(LSC)。向多孔YSZ支撑体内浸渍偏钒酸铵、草酸的混合溶液和硝酸铜溶液多次后经低温煅烧后得到V2O5-CuO-YSZ复合阳极。用SEM对双层薄膜结构浸渍前后进行显微结构表征,结果表明流延法制备的多孔YSZ孔洞连通,丝网印刷制备的电解质层致密,电解质厚度约为7μm;浸渍后,催化剂均匀地分布在YSZ孔隙间。在800℃,分别以湿H2和含5.2×10-3体积分数的H2S湿合成气(40%H2,60%CO)为燃料进行电化学测试,开路电压分别为1.07和1.08V,最大功率密度均为37mW/cm2。电性能测试结果表明,该方法制备的固体氧化物燃料电池复合阳极具有抗硫化氢毒化和抗碳沉积的性能。

固体氧化物燃料电池集流层厚度优化

针对电解质支撑固体氧化物燃料电池（SOFC）,建立了一个较为全面的二维数学模型,考虑了相互依存的离子导电过程、电子导电过程以及气体输运过程,研究了孔隙率和电极集流层厚度对电池性能的影响。结果表明：电池的输出电流密度强烈依赖于电极集流层厚度,合适的阳极集流层厚度应在20～60μm,合适的阴极集流层厚度应在250～300μm。

固体氧化物燃料电池连接体优化

本文首先建立了一个电解质支撑的固体氧化物燃料电池(SOFC)数学模型,基于此模型发现当pitch和接触电阻一定时,存在一个最优rib宽度使输出电流密度最大。通过对计算结果的分析发现,当pitch一定时,最优rib宽度与接触电阻近似成线性关系。最后给出了最优rib的优化公式。

固体氧化物燃料电池圆柱形肋的优化

文章针对电解质支撑的固体氧化物燃料电池(SOFC),建立了一个三维的数学模型,然后基于此模型,分析了阳极和阴极rib对气体浓度分布和电势分布的影响。同时还进一步分析了阳极和阴极rib与电池输出电流密度的关系,并分别给出了最优的阳极和阴极rib尺寸。