凝胶注模法制备锥管串接式阳极支撑固体氧化物燃料电池及其性能研究

采用丙烯酰胺作为水系凝胶注模法的单体,制备了锥管串接式阳极支撑固体氧化物燃料电池。凝胶注模法制备锥管式多孔阳极(NiO-YSZ)生坯时,反应温度为90℃,无须引发剂和催化剂;随后,将生坯在1200℃下预烧。电解质(YSZ)薄膜采用浸渍法制备在上述阳极多孔支撑体上,在1400℃下共烧结。阴极(Ag-GDC)采用涂刷法涂覆在电解质膜上,并于850℃烧结。制备的单节电池在800℃的峰值功率密度为693 mW·cm^(-2);两节串联电池的开路电压达2.06 V,输出功率达2.31 W(有效面积为4.1 cm^(2))。

流延相转换法制备阳极支撑SOFC及其性能研究

流延相转换法是一种操作简单、一步成型的可大批量制备多孔陶瓷平板的技术,可用于制备平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)的支撑体阳极。然而,相关技术仍有很大的优化空间,通过调控相转换法工艺条件可有效控制电极结构,进而提升SOFC电化学性能。通过改变相转换法中添加的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)含量,对阳极支撑体结构进行调控。结果显示1%PVP添加量下形成指状孔和胞状大孔结构的阳极支撑体SOFC的电化学性能显著提高,在800℃工作温度下最大功率密度可达1.30 W/cm^(2)。

阳极支撑平板SOFC单电池热应力数学模型分析

运用固体力学中的板壳理论分析了阳极支撑型平板SOFC单电池中各层的热应力状态 ,在各类边界条件下得到了相应的热应力分布 ,认为在通常的边界条件即连接板协同膨胀情况下单电池受拉应力 .防止拉应力导致单电池破裂的主要措施是尽量减少连接板的热膨胀系数α0 ,使 (α0 -αi)更小 .自由边界没有热应力 ,但有最大的热变形 。

阳极支撑固体氧化物燃料电池制备研究

制备了Ni/YS│YSZ│LSM[YSZ——Y2O3掺杂(稳定)的ZrO2;LSM——锰酸镧即La0.85Sr0.15MnO3]阳极支撑单体固体氧化物燃料电池(SOFC)。其中阳极基底、YSZ电解质薄膜和LSM阴极分别采用干压成型方法、浆料喷覆工艺和浆料涂覆法制备。考察了电池制备过程中影响电池品质的主要因素,指出基底不均匀性和焙烧升温速率过快是导致成型压力在25～250MPa范围内阳极基底翘曲和开裂的主要原因;影响阳极基底与YSZ电解质薄膜共焙烧匹配性的主要因素是成型压力、预焙烧温度和焙烧升温速率。应用扫描电子显微镜(SEM)表征了电池微观结构,YSZ电解质薄膜的厚度约为15～20mm。考察了电池电性能,800℃下,阳极H2进气流量为250mL·min-1时,电池开路电压1.0973V,最大比功率0.13W·cm-2。进一步优化电极结构,可制备高性能的阳极支撑SOFC。

浸渍法制备阳极支撑管式固体氧化物燃料电池

采用一种简单、经济的工艺——浸渍成型工艺成功地制备出管式固体氧化物燃料电池的NiO-YSZ阳极支撑体,然后组装成一个NiO-YSZ/YSZ/LSM-YSZ单电池。以加湿氢气为燃料,空气为氧化剂对该单电池进行测试。测得电池在800℃下最大功率密度为450 mW/cm2。随后对单电池进行约40 h的恒电流放电测试和热循环测试,电池的输出功率有较明显的下降而开路电压基本不变,通过阻抗谱分析发现,随着时间的变化,电池欧姆电阻和界面电阻均有所下降,其中,前者是电池性能衰减的主要因素。

阳极支撑平板状SOFC过电势模型及分析

平板型固体氧化物燃料电池由于具有高效率、低污染物排放等特点,是未来发电的主要方向。当电池运行产生电流时,就会伴随电荷传输产生活化极化,伴随质量传输产生浓差极化,根据材料导电性的不同相应产生一定大小的欧姆极化,从而降低了燃料电池的开路电压,并对电流密度和输出功率产生影响。为了能使燃料电池更好地运行,就必须要了解对过电势产生影响的各种因素,所以建立了阳极支撑的平板状SOFC过电势模型,分析了电流密度、温度以及一些结构参数对三种过电势的影响,对阳极支撑型和电解质支撑型燃料电池的性能进行了比较。

阳极支撑型固体氧化物燃料电池的研制

详细介绍了使用流延法及丝网印刷法制备阳极支撑型中温SOFC单电池的工艺过程 ;采用固相反应法制备出Gd2 O3 掺杂CeO2(GDC) ,采用流延法制备阳极 ,采用丝网印刷法制备电解质层及阴极 ,对GDC的相成分进行了测试分析 ;对阳极和电解质烧结后的孔隙密、密度及显微组织进行了表征。试验结果表明 ,采用流延法及丝网印刷法 ,通过选取合适的粉末原料 ,调整并优化制备过程的工艺参数 。

相转换法制备中低温SOFC阳极支撑体

利用相转换法,在阳极浆料中添加油酸、相对分子质量为1 000的聚乙二醇(PEG)和丙酮等3种有机添加剂,制备椎管式Ni-钆掺杂氧化铈(Ni-GDC)基阳极支撑体。以丙酮为添加剂时,阳极截面的指状孔结构最多,且在1 400℃下烧结后的孔隙率最高(42%);以PEG-1000和油酸为添加剂时,阳极的指状孔结构减少甚至消失,烧结后的孔隙率较低。以丙酮为添加剂,可在不使用石墨造孔剂的情况下,通过相转换法制得符合固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极孔隙率要求的材料。在丙酮为添加剂的阳极上浸渍GDC膜电解质,将GDC电解质膜分别在1 300℃、1 400℃和1 500℃下烧结,发现单体电池在1 400℃烧结后的输出性能最好,在600℃下的功率密度为620 m W/cm2。

阳极支撑固体氧化物燃料电池的制备及性能

利用离心法成膜工艺在多孔Ni-YSZ阳极基体上制备8%(摩尔分数)YSZ电解质层,在1400℃共烧结,得到致密的YSZ膜和多孔结构的阳极。用苷氨酸-硝酸盐燃烧法合成超细阳极与阴极材料。其中,NiO-YSZ复合粉体用于阳极,La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)和30%(质量分数)Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)复合材料用作阴极。以氢气为燃料,研究了500～800℃时Ni-YSZ阳极支撑体固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池的性能。结果表明在500℃时电池开路电压(OCV)达1.10V,800℃时短路电流密度达1113mA/cm2,最大比功率为296mW/cm2。通过交流阻抗图谱分析,认为电解质欧姆电阻是影响电池性能的主要因素。

原位浸渍法制备NiO-BZCYYb阳极支撑SOFCs及电化学性能

采用原位浸渍法一步烧结成型制备了NiO-BaZr_(0.1)Ce_(0.7)Y_(0.1)Yb_(0.1)O_(3-δ)(BZCYYb)/SDC/LSCF管状结构阳极支撑型SDC电解质膜固体氧化物燃料电池(SOFCs)。以加湿H_2(约含有体积分数为3%的水)为燃料,空气为氧化剂,研究了电池的电化学性能、热循环性能和工作电压下运行的稳定性。结果表明:电池在600、650、700、750、800℃的开路电压分别为1.084、1.074、1.067、1.058、1.046 V;最大输出功率密度分别为_(0.1)2、0.25、0.38、0.54和0.70 W·cm^(-2)。单电池在700℃和0.7 V连续放电测试过程中稳定运行,没有明显的下降和衰退。单电池经历了11次热循环,输出功率稳定,能够经受住重复启动考验。

以阳极支撑固体氧化物燃料电池为反应器制合成气

以阳极支撑固体氧化物燃料电池为反应器在 70 0℃、常压条件下进行了甲烷电催化氧化制取合成气小试研究。试验表明 0 .5cm2 单电池的初活性较好 ,以甲烷为燃料单电池最高功率密度达到 0 .6 7w/cm2 。在 2 2 0小时范围内电压变化不大 ,氢碳比在 1.1- 1.2之间 ,甲烷转化率 6 0 % - 70 % ,CO选择性 70 % - 80 %。 10cm2 单电池以甲烷为燃料输出电压 0 .71V ,输出电流 6 .5A时 ,甲烷转化率达到72 % ,氢碳比为 2 .0 7,基本达到合同指标。

阳极支撑YSZ电解质薄膜的浆料旋涂法制备

用干压-预烧结法制备阳极支撑体,在阳极支撑体上用浆料旋涂-共烧结法制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质薄膜。实验考察了不同淀粉含量和不同预烧结温度对阳极支撑体预烧结效果的影响以及旋涂层数和浆料配比对YSZ电解质膜致密性的影响。结果表明:当阳极支撑体的预烧结温度为1 200℃,阳极支撑体中淀粉含量为15%,电解质的旋涂层数控制在5层或5层以下,旋涂浆料中YSZ的含量为45%时,制备的电解质薄膜致密性较好。对制备样品出现的缺陷进行了原因分析,提出了相应的解决办法。

挤出成型法制备添加铁离子的管式阳极支撑固体氧化物燃料电池（英文）

本文通过挤出成型法,成功制备了管式固体氧化物烘焙电池阳极支撑体,并以YSZ为电解质,LSM为阴极组装成电池测试其电化学性能。为了改善阳极的结构,在阳极粉料分别中添加了三种造孔剂:石墨、玉米粉和淀粉,并进行了单电池的组装及电池性能测试。SEM分析和电化学测试结果都表明,与玉米粉和淀粉相比,石墨为造孔剂效果更好。另外,为了进一步优化阳极的性能,本文在以石墨为造孔剂时,同时在阳极中添加了相当于5%mol Ni的Fe离子。SEM结果显示Fe离子的加入能够减少阳极的烧结,优化阳极结构。随后的电化学性能测试亦表明,随着Fe离子的加入,单电池的性能从241m W·cm^(-2)提高到了400m W·cm^(-2)。而由于Fe的电阻大于Ni,电池的欧姆阻抗与未添加Fe离子时相比有了一定的提高。

阳极支撑中温固体氧化物燃料电池的数值模拟

该文针对阳极支撑中温固体氧化物燃料电池建立了三维数学模型,以氢气作为燃料、空气为氧化剂,模拟了单电池内的组分扩散、气体流动、热量扩散、电荷运输等主要物理化学过程。将自己制备的电池各组元材料性能代入模型中进行了计算。计算出阴阳极催化层与扩散层交界面的O2、H2和H2O浓度的分布;扩散层中间和气体通道的燃料气与氧化剂气体速度矢量分布;各流场的压力分布及电极催化层的电流密度分布等电池特性。为阳极支撑中温固体氧化物燃料电池的设计和优化提供了充分合理的参考依据。

阳极支撑三层一体化结构电池的制备及性能研究

采用流延工艺制备了NiO-8%Y_2O_3/ZrO_2(YSZ)阳极支撑三层一体化结构单电池,在此基础上采用浸渍工艺在多孔YSZ基体上低温制备了高活性阴极La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3–δ(LSCF)。研究发现:降低电极制备温度可以得到微观形貌可控、分布均匀的纳米电极,并且避免了电极与基体间的反应;通过控制浸渍次数,制备了不同LSCF含量的电池;随着浸渍量的增加,电极的极化电阻显著下降;在800℃时,LSCF质量分数为45%的电池的功率密度高达1090 mW/cm^2,同时电池稳定运行90 h,表现出了很好的稳定性。

阳极支撑型单气室固体氧化物燃料电池的性能

使用浆料旋涂法制备了致密氧化钇稳定的氧化锆电解质薄膜,进而组装成阳极支撑型单气室固体氧化物燃料电池.该电池在CH4,N2和O2混合气氛下运行,可产生很高的输出性能.在700℃时开路电压达到1 V,最大功率密度达到398 mW/cm2.在开路状态下,电池的欧姆电阻为0.097Ω.cm2,仅为电极阻抗的6.4%,远小于电极极化电阻.通过优化电极材料,阳极支撑型单气室固体氧化物燃料电池将具有更优异的输出性能和更广阔的应用前景.

阳极支撑SOFC薄膜电解质制备与性能研究

阳极支撑SOFC具有低阻抗、高功率密度的优点,成为SOFC发展的主要方向。采用丝网印刷、浆料涂敷以及两者复合的工艺制备8 mol%Y_2O_3稳定ZrO_2(YSZ)电解质薄膜。通过在阳极基体中加入不同比例造孔剂来调整阳极收缩率,并采用三步烧结工艺降低YSZ的烧结温度,实现二者共烧。结果表明,加入10%(质量分数,下同)的造孔剂,浆料涂敷修饰的丝网印刷工艺制备的YSZ薄膜在1300～1350℃实现了共烧,YSZ层厚度在20μm左右,微观形貌显示了良好的致密度,晶粒尺寸在0.5～3μm;阳极支撑层中连通孔较多,有利于气体扩散。

流延法制备SOFC阳极支撑体基片

系统地研究了流延法制备SOFC阳极支撑体基片过程中影响流延浆料粘度和素坯质量的主要因素,分析了球磨时间、有机混合溶剂类型、分散剂添加量、增塑剂/粘结剂比例(R)等参数以及除泡工艺对浆料流变性能的影响.研究发现:混合溶剂乙醇/二甲苯(体积比1:1)对粉料的湿润性能最好,粉体的悬浮性能和浆料流变性能最佳;分散剂添加量为1.8wt%时,浆料的粘度最低;研磨时间为24h制备的浆料流变性接近最佳状态;浆料的粘度随R值的增大而急剧减小,当R为1时粘度达到最佳值,流变性能得到明显改善;少量的除泡剂和真空搅拌对消除浆料制备过程中所产生的气泡极为有效.

平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池传质传热仿真研究

利用流体力学计算软件F luen t建立平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)的三维数学模型。在阳极与阴极多孔电极中使用尘气模型模拟气体质量传输并采用B rinkm an-Forschhe im er-D acy模型来模拟多孔电极中黏性与惯性效应对气体流动的影响。研究给出了燃料气与空气在同向流与反向流情况下组分浓度、电压与温度分布。结果显示在同向流情况下,电池的最大功率密度较大与温度分布较均匀合理。研究给出了多孔电极结构参数(孔隙率、曲折因子与孔径尺寸)对电池性能的影响。结果表明比较计算的极化性能与文献的实验数据两者较好的吻合。

湿粉末法制备阳极支撑型固体氧化物燃料电池及其性能

采用低成本高效率的湿陶瓷粉末法结合共烧结法成功制备了阳极支撑型固体氧化物燃料电池。对多孔阳极支撑体的还原特性、电解质膜的微观结构以及电池的电化学性能等进行了分析和讨论。电池以氢气(含3%H2O)为燃料在800、750、700、650和600℃时的最大功率密度分别为1.11、0.6、0.34、0.18和0.09 W/cm2。以甲烷(含3%H2O)为燃料,800、750、700、650和600℃对应的最大输出功率密度分别为0.62、0.40、0.25、0.14和0.05W/cm2。阻抗谱测试结果表明,电极极化是制约电池输出性能的主要因素。