双钙钛矿氧化物Ba_(2)Fe_(1.3)Mo_(0.7)O_(6-δ)作固体氧化物燃料电池阳极的研究

通过改变Ba_(2)FeMoO_(6)-δ(BFM)中Fe与Mo的物质的量比调控双钙钛矿晶格B位有序性,制备了一种高性能新型SOFC双钙钛矿阳极材料Ba_(2)Fe_(1.3)Mo_(0.7)O_(6-δ)(BFM_(0.7))。结果表明,BFM0.7在H2中600~800℃的电导率为15.0~20.0 S/cm,远高于SOFC电极的最低标准(0.1 S/cm)。BFM0.7用作SOFC阳极时,单电池在850℃的最大功率密度和极化阻抗分别为1 149 mW/cm^(2)和0.15Ω·cm^(2)。相比于BFM阳极,BFM0.7的性能显著提高。此外,BFM0.7阳极电池连续工作39 h性能无衰减,表明BFM0.7阳极具有优异的电化学稳定性。

基于CuO-ZnO的低温固体氧化物燃料电池性能

制备具有优异离子导电性和低温高化学性能的电解质是固体氧化物燃料电池实际应用的重要发展方向.基于p型CuO和n型ZnO构建p-n半导体异质结材料,并将其作为电解质应用于低温固体氧化物燃料电池.制备了不同质量比例CuO-ZnO的电解质材料,并组装Ni_(0.8) Co_(0.15)Al_(0.05)LiO_(2-δ)/CuO-ZnO/Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)LiO_(2-δ)单电池进行性能测试.结果表明,基于纯ZnO电解质材料的燃料电池性能最低(在550℃开路电压为为0.8 V,最大功率密度为187.5mW/cm^(2)),复合质量比例为1∶9的燃料电池性能最为优异(在550℃开路电压为1.065V,瞬时最大功率密度为555mW/cm^(2)).通过对CuO-ZnO异质结复合材料的电化学阻抗分析,发现构建的p-n半导体异质结为离子传输提供了通道,提高了离子电导率.研究表明p-n型电解质复合材料在低温固体氧化物燃料电池的应用中具有很大潜力.

钙和铁共掺杂PrBaCo_(2)O_(5+δ)作为固体氧化物燃料电池阴极的研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效的能量转化装置,具有广阔的应用前景。阴极的反应动力学和稳定性在SOFC中具有非常重要的意义。采用固相法合成了具有四方相的双钙钛矿结构的PrBa_(0.8)Ca_(0.2)Co_(1.5)Fe_(0.5)O_(5+δ)(PBCCF)。Ca离子和Fe离子的掺杂有效降低了PrBaCo_(2)O_(5+δ)的热膨胀系数。结构为PBCCF|GDC|SSZ|GDC|PBCCF的对称半电池在800℃时的极化阻抗为0.082Ω·cm^(2),表明PBCCF阴极在电化学反应过程中具有较高的催化活性。将PBCCF作为阴极丝网印刷在NiO-YSZ|YSZ|GDC结构的半电池(其中NiO-YSZ阳极支撑体和YSZ为电解质通过流延-叠层热压法制成,Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)阻挡层通过丝网印刷法制成)上制备得到单电池,该电池在800℃时的功率密度可达1.0 W/cm^(2)。同时,单电池在60 h的短期稳定性测试中较为稳定。研究结果表明,PBCCF是一种非常有前景的SOFC阴极材料。

低温固体氧化物燃料电池SDC-(Li/Na)_2CO_3复合电解质材料优化

采用两种工艺(干法和湿法)制备了钐掺杂的氧化铈(SDC)-(Li/Na)_2CO_3复合电解质,其中碳酸盐的质量分数分别为20%、25%和30%。通过XRD和SEM观察了不同制备工艺和碳酸盐含量的复合电解质材料的物相结构和表面形貌。采用交流阻抗法测量了复合电解质在空气中400～600℃温度范围的电导率。采用干压法制作了基于(DDC)-(Li/Na)_2CO_3电解质的单电池,并在氢气/燃料中评价了该电池的输出性能。

不同元素掺杂ZrO_(2)基固体氧化物燃料电池电解质电性能研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是未来的清洁能源技术之一,电解质是核心部件。ZrO_(2)基SOFC电解质中含有氧空位是氧离子传导的基础,通过在ZrO_(2)中掺杂低价金属离子能够制造氧空位。综述了不同元素掺杂ZrO_(2)基SOFC电解质电性能的研究进展,按照掺杂元素的多少分为一元、二元及多元掺杂ZrO_(2)电解质三大类,在每一大类下,根据掺杂元素的种类特点进行了细分与论述。归纳了ZrO_(2)电解质的性能和掺杂金属离子的关系,以及不同金属离子掺杂的优缺点,展望了ZrO_(2)基电解质的发展趋势。

双钙钛矿Sr_(2)CoFeO_(5+δ)阴极材料的制备及其中温固体氧化物燃料电池性能研究

随着操作温度降低,中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)需要更高催化活性的阴极材料来提升电池性能。为此,本研究采用溶胶-凝胶法合成了双钙钛矿Sr_(2)CoFeO_(5+δ)(SCF)阴极材料,并探讨了SCF阴极与摩尔分数20%Sm_(2)O_(3)掺杂的CeO_(2)(SDC)进行不同比例的复合对电极性能的影响,优化了电极的化学膨胀和面积比电阻(ASR),进而提升了SOFC单电池的电化学性能。结果表明,SCF作为SOFC阴极,经950℃退火10 h后与普通电解质具有良好的化学相容性;其中,SCF与SDC按照质量比1:1复合的样品可以将纯SCF样品的平均热膨胀系数(TEC)从2.44×10^(−5)K^(−1)显著降到15.4×10^(−5)K^(−1)。此外,SCF-xSDC(x=20,30,40,50,x为SDC的质量分数)复合阴极的ASR在800℃下分别低至0.036、0.034、0.028和0.092Ω·cm^(2),SCF-40SDC在所有温度范围内都表现出更小的ASR。复合SDC可以优化SCF的三相界面且进一步提高SCF阴极的催化活性,以0.3mm厚La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)为电解质的SCF-40SDC单电池(757 mW·cm^(−2))比SCF单电池(684 mW·cm^(−2))的最大功率密度更优,且超过目前大部分的文献报道。本研究制备的SCF−40SDC是一种性能优异的复合阴极材料,有望应用于中温固体氧化物燃料电池。

固体氧化物燃料电池和分部加热式S-CO_(2)循环联合发电系统设计与分析

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)与余热回收相结合可进一步提高系统能量转换效率。该文设计一种SOFC与分部加热式超临界二氧化碳(partial heating supercritical CO_(2)Brayton cycle,PHSCBC)动力循环集成系统,SOFC系统的出口废气作为高温热源,驱动PHSCBC进行联合发电。建立系统的电化学模型和热力学模型,对系统的能量和(火用)进行综合评价,并通过参数分析,研究汽碳比、燃料流量、压缩机进口温度和压力以及夹点温差对联合发电系统性能的影响。对系统性能进行优化,发现当系统燃料流量为0.54 mol/s、空气流量为6.19 mol/s,可达到净发电功率、发电效率、(火用)效率分别为260.08 kW、61.20%、56.54%,其中提高燃料流量将显著提高系统发电效率。所提出的混合系统具有高效、低成本和清洁的发电和供热性能,是一种具有实际应用前景的先进能量转换技术。

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ln_(0.6)Sr_(0.4)Fe_(1-χ)Co_χO_(3-δ)的合成和性能表征

采用固相反应法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ln0.6Sr0.4Fe1-χCoχO3-σ（Ln=La,Pr;Nd,Sm和Gd）粉体.对其进行结晶学表征,分析氧含量和失重与温度的关系,并研究了其电导率随温度的变化规律及其与Ce0.8Gd0.2O1.9（CGO）电解质的化学相容性.实验表明,600～800℃;所有样品的电导率均高于100S/cm,其中Nd0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ的电导率高达600S/cm,并且与CGO电解质都具有良好的化学相容性.

新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料Fe掺杂Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3性能研究

本文系统研究了新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Sm0.5Sr0.5Co1-xFexO3-δ(SSCF)的晶体结构、热膨胀系数、导电率及电化学性能。固相合成的Sm0.5Sr0.5Co1-xFexO3-δ化合物均为单相材料,随着掺Fe量的不同,SSCF的晶体结构发生变化,在0≤x≤0.4时,SSCF为正交晶系钙钛矿结构,在0.5≤x≤0.9时,SSCF为立方晶系钙钛矿结构。Fe掺杂可以显著的改善Sm0.5Sr0.5CoO3的热膨胀系数,随着Fe含量的增加,热膨胀系数减小。在800℃下,SSCF导电率均大于100S·cm-1。随着Fe含量的增加,极化电阻增大;含量x=0.4时,极化电阻达到最大值;之后,随Fe含量的增加,极化电阻减小,在700～800℃时,Sm0.5Sr0.5Co0.2Fe0.8O3-δ表现出了良好的氧催化活性。

Ba_xCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)固体氧化物燃料电池性能

用高温固相反应法合成了BaxCe0 8Y0 2 O3 α(x=1 0 3,1,0 98)系列固体电解质,用粉末X射线衍射法研究了样品的晶体结构,用氢及氧浓差电池方法研究了样品的的质子及氧离子导电特性,测定了它们的氢 -空气燃料电池的放电性能.结果表明,各样品均为钙钛矿斜方晶单相结构;质子导电性和燃料电池输出电流密度均随样品中钡离子含量的增加而增大,Ba1 0 3Ce0 8Y0 2 O3 α具有最大的质子导电性和燃料电池输出电流密度;

CeO_2-Y_2O_3固体氧化物燃料电池的电化学性能

以Y2O3掺杂的CeO2为固体电解质,制备了电解质支撑的固体氧化物燃料电池。测定了H2-O2电池的电压-电流密度(V-I)和输出功率-电流密度(P-I)关系曲线。为抑制CeO2基材料的电子导电性的影响,采用溶胶凝胶技术,在阳极与电解质间制备了一层1μm厚的YSZ薄膜,750℃时,电池开路电压由0.73V上升到0.82V,最大输出功率密度从36mW/cm2增加到54mW/cm2,增大50%,证明YSZ阻挡膜确实能改善电池的电化学性能。

掺银的Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备与性能研究

采用硝酸盐分解方法在Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)中掺入少量的银(Ag),形成可用于SOFC的多孔阴极材料(SSC-Agx)。通过X射线衍射测试确定了材料的物相组成;用SEM观测了中温电解质Ce0.8Sm0.2O1.9表面涂层电极的微结构;利用电化学极化曲线和阻抗谱研究了这些材料中低温(500～800℃)电化学性能,确定掺Ag量和烧结温度对阴极电化学性能的影响。结果表明,SSC在中温区掺20%Ag时具有最佳的电化学性能,在600℃阴极总阻抗是SSC的1/11,在750℃为SSC的1/4,SSC中掺Ag是提高阴极在中温区电化学性能的有效途径。

微波合成固体氧化物燃料电池阴极材料La_(1-x)Sr_xMnO_3的研究

采用微波技术合成了固体氧化物燃料电池阴极材料La1 -xSrxMnO3样品 ,分别选择x=0 1 ,0 2 ,0 3 ,0 4和 0 5合成了La0 9Sr0 1 MnO3,La0 8Sr0 2 MnO3,La0 7Sr0 3MnO3,La0 6 Sr0 4MnO3和La0 5Sr0 5MnO3.用X射线衍射分析检测了样品的结构与组成 ,用电子扫描电镜考查了样品的形貌和粒度。电导率测量结果表明 ,样品的组成和烧结温度影响电导率。在系列样品中 ,组成为La0 7Sr0 3MnO3电导率最高 ;烧结温度 1 2 0 0℃和 1 3 0 0℃相比较 ,1 3 0

Ba_(0.95)Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-α)固体氧化物的离子导电性及其燃料电池性能

以Ba0 .95Ce0 .9Y0 .1O3-α氧化物陶瓷为固体电解质 ,以多孔性Pt为电极材料 ,分别组成氢、氧浓差电池和氢_空气燃料电池 ,测定了 6 0 0～ 10 0 0℃范围内的浓差电池电动势 ,燃料电池的放电性能和电极极化性能 .结果表明 ,Ba0 .95Ce0 .9Y0 .1O3-α在氢气氛中几乎是一个纯质子导体 ,在氧气氛中是氧离子与电子空穴的混合导体 ,氧离子迁移数在 0 .3～ 0 .5之间 ,在氢_空气燃料电池条件下显示出混合离子 (质子 +氧离子 )导电性 ,总离子迁移数大于 0 .9.该燃料电池性能良好 ,Pt电极极化性能很小 ,最大输出电流密度为 6 80mA·cm- 2 (10 0 0℃ ) ,最大输出功率密度为 16 0mW·cm- 2 (10 0 0℃ ) .

微波合成固体氧化物燃料电池阴极材料La_(1-x)Sr_xMnO_3(英文)

采用微波无机合成技术制备固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料La_(1-x)Sr_xMnO_3,表征了结构和性能,研究了微波功率、反应时间和原料粒度等微波合成条件对其性能的影响,以及合成La_(1-x)Sr_xMnO_3的反应机理.

Ba0.95Ce0.9Y0.1O3—α固体氧化物燃料电池性能

以Ba0.95Ce0.9Y0.1O3-α为固体电解质，Pt为电极，组成氢－空气燃料电池，测定了该电池600－1000℃下电流－电压特性、电极极化特性和电解质中各电荷载流子（质子、氧离子、电子空穴）迁移数及其电导率。实验表明，该电池放电性能良好，能稳定地输出电能，1000℃时的最大输出电流密度为680mA·cm^-2。正、负Pt电极极化特性很小，放电时的电压耗损主要由电解质电阻产生。在氢－空气燃料电池条件下，Ba0.95Ce0.9Y0.1O3-α显示混合离子（质子＋氧离子）导电性。随着温度升高，质子迁移数减小而氧离子迁移数增大，当温度为780℃时，质子和氧离子迁移数相同（0．46），在低于780℃时，质子电导占优势，而在高于780℃时，氧离子电导占优势。

基于Pr_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)对称固体氧化物燃料电池的性能优化研究

采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法分别合成了Pr_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(PSCF)和Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)(GDC)粉体,高温固相法合成La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)电解质粉体。以LSGM为电解质,PSCF同时作为阴极和阳极,GDC作为功能层材料,构建了对称固体氧化物燃料电池PSCF│GDC│LSGM│GDC│PSCF。利用X射线衍射法研究材料的成相以及相互间的化学稳定性,交流阻抗法记录界面极化行为,用扫描电子显微镜观察电池的断面微结构,用自组装的测试系统评价电池输出性能。结果表明,合成的PSCF粉体呈立方钙钛矿结构,具有良好的氧化–还原可逆性。使用GDC功能层明显改善了氢气环境下PSCF与LSGM材料间的化学相容性以及电池的输出性能,800℃时,电极│电解质界面极化电阻从6.892?·cm^2下降到0.314?·cm^2;以加湿H_2(含体积分数3%的水蒸气)为燃料气,空气为氧化气时,单电池输出功率密度由269 m W/cm2增大至463 m W/cm^2。研究结果显示,PSCF是对称固体氧化物燃料电池良好的候选电极材料,GDC功能层对改善电池长期稳定性能具有潜在的应用价值。

固体氧化物燃料电池LaSrCu_(0.7)Fe_(0.3)O_4阴极材料的电化学性能研究

采用固相法制备了固体氧化物燃料电池阴极材料LaSrCu0.7Fe0.3O4,利用XRD和SEM对其物相结构和微观形貌进行了表征。该阴极材料与电解质Ce0.9Gd0.1O1.9(CGO)在900℃烧结24 h后不发生化学反应,且电极在850℃烧结4 h后,二者之间可以形成良好的接触界面。在不同温度和氧分压条件下,利用交流阻抗谱对其电化学性能进行测试。结果表明,LaSrCu0.7Fe0.3O4阴极在空气中700℃条件下测试得到的极化电阻为0.37 ohm·cm2。氧分压测试结果显示,电极上的氧还原反应过程主要有电荷的迁移过程和氧离子从空气-阴极-电解质的三相界面(TPB)向电解质的转移过程。

SiO_2-CaO-Al_2O_3-B_2O_3微晶釉在平板式中温固体氧化物燃料电池密封中的应用

平板式中温固体氧化物燃料电池 (intermediatetemperaturesolidoxidefuelcells,ITSOFC)在 60 0～ 85 0℃温度下运行 ,电解质两侧的燃料气体 (H2 )和氧化气体 (O2 )必须加以分离 ,这要求金属双极板和陶瓷电解质高温气密封接。两者之间的密封材料应该与双极板和电解质很好的浸润粘附 ,达到气密要求 ;还会产生高温蠕变或粘滞流动以消除使用中因热膨胀系数差异引起的热应力。为了保证电池长期安全稳定的运行 ,还要求密封材料保持尺寸稳定性 ,与双极板和电解质材料有良好的化学稳定性。采用SiO2 CaOAl2 O3B2 O3系统微晶釉制备出一种适用于 85 0℃工作的ITSOFC密封材料。该系列微晶釉在 85 0～ 90 0℃与ZrO2 电解质和不锈钢双极板材料充分浸润粘附 ,在 85 0℃保证高温尺寸稳定性和化学稳定性的前提下 ,能够提供一种“软”密封 ,通过粘滞流动很好的满足了应力释放的要求。经过近 10 0h ,10次循环密封实验(4 0 0～ 85 0℃ )证明 ,该材料适用于 85 0℃工作的ITSOFC的密封。

固体氧化物燃料电池Ln_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜阴极材料电学性能研究

采用离子束溅射法在YSZ(110)衬底上制备Ln0.5Sr0.5CoO3(Ln=La,Pr)钙钛矿多晶薄膜,研究了载流子浓度、迁移率与温度的关系,分析了A位置稀土离子半径rA3+对电导率的影响。结果表明,在375K^667K温度范围内,La0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度由4.76×1027/m3升高到9.43×1027/m3,迁移率由0.21cm2/Vs升高到0.218cm2/Vs;Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度由0.58×1027/m3升高到7.9×1027/m3,迁移率由0.0853cm2/Vs升高到0.172cm2/Vs。Ln0.5Sr0.5CoO3薄膜的霍尔系数激活能EH与电导激活能Eα的比值近似为2/3,符合Emin和Holstein的小极化子绝热区域导电理论。