固体氧化物燃料电池Sr系钙钛矿电极B位元素成分优化规律

采用第一性原理,对元素周期表中3~6周期52种元素作为固体氧化物燃料电池(SOFC)Sr为A位系列钙钛矿结构电极材料B位替换元素的相关结构相的结合能进行了系统计算,据此分析了各元素对生成立方相和六方相结构稳定性影响的趋势。通过对相关体系的成分比例进行推算,讨论了这些实验体系在稳定性趋势图中的分布规律,进一步对上述体系的实验数据进行分析,得到了以Mo-Fe-Co连线为中心的成分优化区域。根据相关氧离子扩散模型的计算,结果显示该区域形成的原因与氧空位形成能、迁移能以及禁带宽度均较为适中有关。以上理论结合实验的研究为电极材料的成分优化提供了理论指导。

NiO_(x)介孔层的成膜过程对碳电极钙钛矿太阳能电池性能的影响

碳基钙钛矿太阳能电池(C-PSCs)具有稳定性好且成本低的优势,展现出广阔的应用前景。本研究基于MAPbI3材料,选择高质量的NiO_(x)介孔层作为空穴传输层(HTL),对比了NiO_(x)介孔层不同制备方法对电池性能的影响,并对NiO_(x)介孔层的厚度进行优化。研究发现,与旋涂工艺制备的NiO_(x)介孔层相比,丝网印刷工艺制备的介孔层的孔径分布均匀,可改善钙钛矿(PVK)前体溶液填充在介孔支架中的填充状态。最终得到含HTL的高效率和低滞后的钙钛矿太阳能电池,其开路电压(VOC)为910 mV,光电转换效率(PCE)为14.63%,认证效率达14.88%。此外,在空气中储存近900 h,其PCE没有明显衰减。

Co/Ni掺杂SrTi_(0.3)Fe_(0.7)O_(3–δ)钙钛矿电极材料制备及性能

以Sr Ti_(0.3)Fe_(0.7)O_(3–δ)(STF)为基础,研究了B位Co、Ni掺杂Sr Ti_(0.3)(Fe_(1–x)Co_x)_(0.7)O_(3–δ)(STFC)和Sr Ti_(0.3)(Fe_(1–y)Ni_y)_(0.7)O_(3–δ)(STFN)钙钛矿氧化物的成相过程及其在还原气氛中的结构演变规律,并进一步表征了其用于固体氧化物燃料电池(SOFC)对称电极的电化学性能。结果表明:Co和Fe可以在B位无限互溶,形成Sr Ti_(0.3)Fe_(0.7)O_(3–δ)–Sr Ti_(0.3)Co_(0.7)O_(3–δ)固溶体系;但当Ni替换Fe的比例超过约30%时就会出现明显的Sr_2Fe_2O_5杂相。在还原气氛中,STFC和STFN的结构稳定性随Co或Ni掺杂量的增加而降低,并逐渐由ABO_3结构转变为富AO相的钙钛矿衍生结构,同时伴随着Co基或Ni基金属相的生成。在850℃和加湿氢气燃料下,La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.83)Mg_(0.17)O_(3–δ)电解质支撑SrTi_(0.3)(Fe_(0.9)Ni_(0.1))_(0.7)O_(3–δ)和Sr Ti_(0.3)(Fe_(0.9)Co_(0.1))_(0.7)O_(3–δ)对称电池的最大功率密度分别达到约1.00和0.87 W/cm^2,表现出较好的电化学性能和实用前景。

钙钛矿型双功能氧电极催化剂的研究进展

双功能氧电极由于其在燃料电池、金属 空气电池、碱性水电解工业中的应用,长期以来一直是电化学领域中的研究热点。介绍了钙钛矿型双功能氧电极催化剂的晶体结构特点、常用的制备方法,以及在催化氧气还原反应和氧气析出反应的电催化机理等方面的研究进展概况,并对该类型催化剂及其在双功能氧电极中的应用进行了展望。

中低温固体氧化物燃料电池中双钙钛矿型电极材料的应用

中低温固体氧化物燃料电池作为一种新型的能源转换装置,在绿色能源中得到了广泛的应用,通过对中低温固体氧化物燃烧电池的工作原理以及具体优势进行分析,探究了中低温固体氧化物燃烧电池中双钙钛矿型电极材料的具体类型,并指出了中低温固体氧化物燃烧电池的应用条件。

固体氧化物燃料电池中的陶瓷材料

固体氧化物燃料电池(SOFC)也称为陶瓷燃料电池,其关键组成电解质、阴极和阳极均为陶瓷氧化物材料。致密电解质薄膜材料是核心,主要是(纯)氧离子导体,其电导率依赖于氧化物中的氧离子空位传导,氧空位主要来源于氧化物中低价金属离子掺杂;工业上主要使用萤石结构Y_2O_3掺杂的ZrO_2(YSZ)和Sc_2O_3掺杂的ZrO_2(ScSZ),更高氧离子电导率的材料包括掺杂的CeO_2、δ-Bi_2O_3和掺杂的LaGaO_3钙钛矿材料,有望在中低温下使用。电极都是多孔陶瓷材料,同时具有氧离子传导和电子传导性能。工业上阳极主要采用Ni-YSZ多孔金属陶瓷,具有混合离子电子导电性(MIEC)的钙钛矿材料是现在的研究热点。工业上阴极材料主要是掺杂LaMnO_3和YSZ复合陶瓷,在高温下具有良好的电化学性能和稳定性;中高温范围内被认可的材料是掺杂LaFeO_3基钙钛矿材料,以La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3-δ为代表,具有良好的电化学活性和稳定性;优化材料组分和结构仍然是阴极材料的研究重点,也是SOFC领域必须突破的重要方向。