Ca^(2+)和Sr^(2+)共掺杂钴铁酸镧的合成及电性能

以金属硝酸盐为原料,氨水为沉淀剂,共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-x CaxCo0.9 Fe0.1 O3-δ(简称: LSCCF,x= 0. 05、0.10、0. 15、0. 20)系列纳米晶粉料。TG DSC、XRD和SEM研究了LSCCF粉料的合成条件、晶体结构和颗粒粒度形貌。实验表明: LSCCF 粉料形成经过脱水、LaCoO3 基氧化物形成和LSCCF固溶体形成等过程;前驱体800℃处理4h就可形成单一钙钛矿型结构的固体氧化物。使用直流四极探针法在空气气氛下测试了1200℃烧结3h 后所有LSCCF 样品从100 ~800℃时的电导率,结果显示随着测量温度的提高,电导率逐渐增大,并在490℃时达到最大值,随后逐渐降低。490℃范围内,Ca2+ 和Sr2+ 共掺杂取代La3+ 进入晶格后,其导电机制符合小极化子绝热孔隙理论。而当Ca2+的掺杂含量x=0.10 或0.15 时,Ca2+和Sr2+共掺杂在450 ~ 800℃范围对LSCCF 的电导率产生“混合”效应,致使电导率值基本保持一致。且所有样品在600~800℃的电导率都超过400S/cm,满足阴极材料对电性能的要求。

锶钴掺杂铁酸镧修饰的直接碳固体氧化物燃料电池银基阳极的催化性能

直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)银基阳极具有高化学稳定性和抗硫抗积碳性能,然而受制于较差的催化性能,使得DC-SOFC的电化学性能一直无法让人满意。锶钴掺杂铁酸镧(LSCF)是一种催化性能佳,且兼具电子电导和离子电导的电极材料。通过LSCF修饰DC-SOFC的银基阳极(银-钆掺杂的氧化铈,Ag-GDC),显著提高了银基阳极的催化性能和相应的电池输出性能。在850℃,对应的DC-SOFC的最大功率密度由224 mW/cm^(2)提高264 mW/cm^(2)。相应的半电池阻抗谱、电极材料的微观形貌和晶型结构、与恒电流放电测试表明,在LSCF修饰后,Ag-GDC的极化阻抗由0.543Ω·cm^(2)降低至0.373Ω·cm^(2),电极的微观形貌和晶型结构稳定,对应电池的燃料利用率由51.3%提升至57.9%。因此,LSCF修饰的Ag-GDC是一种性能良好且化学稳定的DC-SOFC理想阳极材料,有望推动DC-SOFC技术的进一步发展。

Fe掺杂LSCCF对中低温固体氧化物燃料电池ITSOFC短期输出性能的影响

柠檬酸盐法制备La0.7Sr0.15Ca0.15Co1-xFexO3-δ(x=0.2、0.4、0.6、0.8)阴极材料。该前驱体在900℃处理2h后,XRD证实已经形成完整的钙钛矿结构衍射峰。随Fe掺杂量增加,XRD谱图衍射峰的位置向小角度发生偏移,粉体的晶粒尺寸逐渐变大。SEM观察La0.7Sr0.15Ca0.15Co1-xFexO3-δ粉体其表面活性较高并出现了一定的团聚现象,颗粒尺寸约为5μm。以La0.7Sr0.15Ca0.15Co1-xFexO3-δ为阴极,在氢气/空气中研究了模压法制备的单电池性能,Fe掺杂量对开路电压的高低不起决定性作用,而最高功率密度随Fe掺杂量增加而降低,在650℃最高功率密度由x=0.2时的351.7mW/cm2降为x=0.8时的231.1mW/cm2。

固体氧化物燃料电池阴极材料LSCF纳米纤维的静电纺丝法制备

采用溶胶–凝胶–静电纺丝法制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ（LSCF）纳米纤维。分析了LSCF纳米纤维的结构和形貌。结果表明：所制备的LSCF纳米纤维为内部微晶排列有序、均匀的多晶纤维,纤维直径约为200nm,长度分布为10～30μm,经1100℃煅烧后仍然保持纤维状。以LSCF纤维作为阴极,制备了固体氧化物燃料电池（SOFC）纽扣电池（GDC＋NiO║GDC║LSCF）及其阴极对称电池（LSCE║GDC║LSCF）。单电池的阴极阻抗和电化学性能测试表明,LSCF纳米纤维阴极具有较高的电化学活性和较低的极化阻抗,以氢气为燃料、空气为氧化剂,在650和700℃工作温度下,单电池的最大功率密度分别为0.82和1.07W/cm2;在工作温度分别为600、650、700和750℃下,其阻抗分别为1.09、0.78、0.32和0.11·cm2。

静电纺丝法制备中温固体氧化物燃料电池阴极用纳米La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3纤维

采用静电纺丝技术和溶胶–凝胶法制备了聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)/La0.6Sr0.4Co0.4Fe0.6O3(LSCF)复合纳米纤维,经过不同温度煅烧处理,获得了具有单晶结构的LSCF纳米纤维,并对纤维样品的煅烧过程、形貌、物相、结构以及电性能进行了表征。结果表明:PVP/LSCF复合纳米纤维中的水分和有机物在达到560℃前已经完全挥发和分解。经煅烧处理,可获得具有斜方六面体结构LSCF。经800℃煅烧后的LSCF纳米纤维的直径主要分布在130～240nm;以LSCF纳米纤维为阴极制备的单电池在750℃工作温度下,其最大功率密度为1.18W/cm2。与用传统溶胶–凝胶法在相同条件下制得的LSCF粉体相比,其单电池的电流–电压–功率性能有显著提高。