高性能H-SOFC质子阻塞复合阴极材料PBSF-SDC

采用EDTA-柠檬酸络合法制备了新型的无钴钙钛矿氧化物Pr0.5Ba0.25Sr0.25FeO3-δ(PBSF),XRD分析表明PBSF为立方钙钛矿结构,同时与Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)和BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ(BZCY)在1000℃时具有良好的化学相容性。PBSF的热膨胀系数为15.2×10^-6 K^-1,明显低于Co基钙钛矿材料。以PBSF-SDC为阴极、NiO-BZCY为阳极、BZCY为电解质的单电池在750℃时最大功率密度为(865±38)mW/cm^2,极化电阻为0.092Ω·cm^2。结果表明,PBSC-SDC质子阻塞型复合阴极在H-SOFCs中具有潜在的应用前景。

带电子空穴传导的H-SOFC电化学模型与电池性能

通过应用电荷有效电导率概念,构建了一个模型来分析柱塞流动时带电子空穴传导的质子导体固体氧化物燃料电池的电化学性能,并进行了理论计算。探讨了输出电流密度、电池温度和电解质厚度等影响。研究结果表明,与纯质子导体H-SOFC相比,由于漏电作用,带电子空穴传导的H-SOFC有更低的开路电压,但其主要电势损失仍然是由电解质的欧姆极化损失和电极的活化极化损失引起的。漏电主要发生在小的输出电流情况下,即接近开路状态。此外,电池温度越高、电解质越薄,漏电现象越严重。为了提高能源利用效率并考虑漏电行为,电池应在较小的外部电流密度和适中的温度下工作。此外,电解质厚度也不宜太薄。

质子导体固体氧化物燃料电池电化学性能计算研究

质子导体固体氧化物燃料电池因其低的工作温度、高的可逆电势和高的燃料利用率等特点正受到研究者的重视。本文整合了文献中活化极化、浓差极化和欧姆极化过电势的显式表达式,提出了柱塞流动时的纯质子导电H-SOFC电化学模型,通过编程进行了计算,并探讨了材料参数、工作温度和阴极侧气体组成对电池特性的影响。研究表明,电解质的欧姆极化和活化极化损失是阳极支撑H-SOFC的主要电势损失;高的电池工作温度,材料的电导率越高,欧姆极化损失越小,电池功率密度越大。在相同温度下,高电导率的电解质材料有低的欧姆极化损失,因而有高的电池效率;阴极侧H_(2)O浓度增加会减小阴极侧中O_(2)向阴极电极层扩撒的推动力和造成阴极三相界面生成的H_(2)O向空气通道扩散的困难,降低电池工作电压和功率密度,应尽可能降低空气通道中H_(2)O含量。