Nb掺杂对Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)Nb_xO_3(0≤x≤0.15)阴极材料电化学性能影响的研究

为了研究Nb掺杂对于Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_3阴极材料的电化学性能的影响,采用燃烧法合成了Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2-x) Nb_xO_3(BSCFN_x,x=0、0.05、0.1、0.15),并将其作为固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)阴极材料进行性能测试。XRD结果显示,所有Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2-x)Nb_xO_3样品均为立方型钙钛矿相,没有杂质出现。电导率测试结果显示,随着Nb含量的增加,BSCFN_x的电导率和电化学输出性能均随之先上升、后下降,Nb的最佳掺杂比例为Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.1)Nb_(0.1)O_3(BSCFN0.1)。在800℃下,BSCFN0.1的电导率高达36.3S/m。在700℃下,以BSCFN0.1为阴极的氧化钆掺杂的氧化铈(Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_2GDC)为电解质支撑单电池的最大功率密度可以达到194 mW/cm^2,比其他Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2-x)Nb_xO_3(x=0、0.05、0.15)阴极基GDC电解质支撑的单电池最大功率密度明显增大。功率密度测试结果与电导率测试结果相一致,说明Nb的掺杂对于提高BSCF的电导率以及氧化还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)催化性能具有显著效果,且当x=0.01时为最佳。

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)。

流延法制备单片式直接碳固体氧化物燃料电池组及其性能研究

本研究针对小型电源应用,提出一种基于单片电解质的直接碳固体氧化物燃料电池组的设计和制备方法。采用流延成型的工艺制备YSZ平板式电解质,通过在生坯上打孔作为电解质两侧电极的电连接通道,在单片电解质平板上制备四节串联的电池组,有效面积为5.6 cm^2。采用5 g担载5wt%Fe催化剂的活性炭为燃料,对电池组的输出性能及稳定性进行测试。结果表明:850℃下电池组的开路电压为3.80 V,最大输出功率为1.66 W,对应的功率密度为296 mW×cm^(–2)。同时,测得的四节串联电池组中的第一节单电池的最大输出功率密度为294 mW×cm^(–2),说明该电池组中各单电池一致性良好。在800℃下,电池组在300 mA的恒电流下放电11 h,放电容量为8.42 W×h,燃料利用率达到了～30%。本研究可以为开发直接碳固体氧化物燃料电池在便携式和分布式电源方面的应用提供参考依据。

锌空气电池研究进展

锌空气电池因其高能量密度、低成本的优势受到越来越多的关注。通过对锌空气电池的工作原理、关键电池材料(包括锌阳极、阴极及电解液)的描述,对二次锌空气电池、柔性锌空气电池特点进行分析,提出了未来锌空气电池技术研究重点及方向。

造孔剂对流延法制备的阳极支撑SOFC性能的影响

采用流延法分别制备了以可溶性淀粉、石墨和玉米淀粉为阳极造孔剂的阳极支撑型SOFC。以8%(摩尔分数)氧化钇稳定的氧化锆(ZrO)_(0.92)(Y_(2)O_(3))_(0.08)(YSZ)为电解质材料,Ni∶YSZ为1∶1(质量比)的金属陶瓷(Ni-YSZ)为阳极,Ag-GDC为阴极,在电解质和阴极之间制备一层GDC为过渡层。采用加湿H_(2)[H_(2)O含量3%(体积分数)]作为燃料气,进行电化学测试。结果表明:800℃下,玉米淀粉的功率密度845 mW/cm^(2)为最大,远高于石墨(422 mW/cm^(2))和可溶性淀粉(312 mW/cm^(2))的功率密度。通过阻抗谱、扫描电镜和孔隙率测试对不同造孔剂制备的阳极微观结构与电池性能之间的关系进行了表征和分析。

阳极支撑质子导体电解质固体氧化物燃料电池的制备及其性能研究

本研究采用高温固相反应法合成了BaCe0.7Zr0.1Y0.2O3–δ(BCZY7)质子导体氧化物,对材料的物相结构和微观形貌进行表征和分析,并将BCZY7作为固体氧化物燃料电池(SOFC)的电解质,通过浸渍法和共烧结法成功制备了阳极支撑的NiO-BCZY7/BCZY7/La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ(LSCF)-BCZY7钮扣式电池。以氢气(含3vol%H2O)为燃料,空气为氧化剂,对电池的电化学性能进行测试。结果表明,在600、550、500℃时,电池的最高功率密度分别为203, 123, 92 mW·cm–2,而传统(ZrO2)0.92(Y2O3)0.08基SOFC在600℃时通常只有几十毫瓦的单位面积输出,质子导体电解质可以极大改善SOFC的中低温性能,缓解SOFC工作温度高的问题。

新型多孔导电陶瓷负载银阴极在锌空气电池中的应用

锌空气电池具有能量密度高、成本低及环保等优势,其空气电极的优劣对电池的输出性能起到决定性的作用。本研究采用一种新型的多孔钙钛矿氧化物La_(0.7)Sr(0.3)CoO_(3-δ)(LSC)作为陶瓷基底,负载银纳米颗粒作为催化剂,研究其作为锌空电池空气电极的性能。通过调整制备过程中造孔剂(淀粉)的含量,优选出性能最佳的Ag-LSC空气电极(阴极),与锌阳极组装成锌空气电池,进行电化学性能测试。结果表明,当LSC基底的孔隙率为~32%且银含量30 mg/cm^2时,制备的多孔陶瓷负载银阴极组装的锌空气电池功率密度最高(141 mW/cm^2)。在Ag-LSC空气电极表面涂一层聚四氟乙烯(PTFE)疏水材料后,锌空气电池的使用寿命得到显著延长。

双过渡层阴极对流延法制备的阳极支撑直接碳固体氧化物燃料电池性能的改善作用

采用流延法制备了阳极支撑的固体氧化物燃料电池(SOFC),电解质材料为钇稳定化氧化锆(YSZ),阳极为镍和YSZ构成的金属陶瓷(Ni-YSZ),阴极为LSCF-GDC/LSCF复合材料,同时在阴极与电解质之间制备了YSZ-GDC/GDC双过渡层。分别采用含3%的加湿H_2和活性炭为燃料,对此电池的输出性能及阻抗谱进行测试。采用加湿H_2测试的结果表明:在800℃下,采用双过渡层电池的开路电压达到1 V,最大功率密度为680 mW·cm^(-2),比未改良电池的最大功率密度(372 mW·cm^(-2))提高了83%。直接采用固体碳为燃料时,具有双过渡层阴极的电池在850℃时的开路电压达到0.95 V,最大输出功率密度达429 mW·cm^(-2),几乎比无过渡层阴极的电池(225 mW·cm^(-2))高出1倍,特别是双过渡层阴极还使直接使用碳燃料的SOFC(DC-SOFC)的燃料利用率提高了33%。