以甲醇为燃料的中温固体氧化物燃料电池性能研究

制备了阳极负载型LDC-LSGM双层电解质薄膜电池.考察了单电池在分别使用甲醇和氢气两种燃料时,不同温度下的I～V性能.以甲醇为燃料,以空气为氧化剂时,800℃下的最大输出功率密度为1.07W/cm²,而使用氢气为燃料时,最大输出功率密度为1.54W/cm².通过交流阻抗研究了造成甲醇性能降低的可能原因.结果表明,以甲醇作为燃料时,单电池性能较氢气作为燃料时低.     

中温固体氧化物燃料电池NiO/YSZ阳极的还原过程

以氢气程序升温还原(H2-TPR)为手段,研究了中温固体氧化物燃料电池烧结NiO/YSZ阳极的还原过程,并通过对电池开路电位和阻抗的原位监测考察了电池中阳极的还原过程.H2-TPR结果表明,阳极烧结温度升高,阳极中的NiO变得难以还原,但当温度提高到1 500℃时,NiO还原峰的峰温降低.阳极NiO含量越高,NiO越容易被还原.这是由于烧结过程中NiO颗粒长大和NiO/YSZ界面分离共同作用的结果.电池原位还原过程中开路电位的变化表明,具有高NiO含量的阳极还原较慢.这主要是由于高NiO含量的阳极具有较大的收缩率和大的NiO粒子,导致还原初期产生的大量H2O不能被及时排出,从而抑制了还原过程.电池还原过程中交流阻抗谱的变化表明,50%NiO/YSZ阳极具有最稳定的还原过程.30%和70%NiO/YSZ电池都有一个极化电阻逐渐增大的过程,前者的极化电阻在还原600 min后逐渐稳定,而后者并不能稳定.     

中温固体氧化物燃料电池Sc掺杂锰酸锶镧阴极材料

采用改进的柠檬酸法合成了Sc掺杂的锰酸锶镧(LSM)材料(LSMS), 即La0.8Sr0.2Mn1-xScxO3±δ (简写为LSMSx, x=0, 0.02, 0.05和0.1)复合氧化物. 采用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)及电化学方法分别对合成材料的结构、还原行为及以LSMSx-YSZ(即LSMSx与8%Y2O3掺杂的ZrO2复合物)为阴极的中温固体氧化物燃料电池的性能进行了表征. XRD结果表明,在焙烧温度900 ℃、 Sc掺杂量较低(x<0.1)时LSMS材料能形成纯钙钛矿结构,随着掺杂量和焙烧温度提高, LSMS发生了不同程度的Sc2O3偏析现象. H2-TPR结果表明,焙烧温度对材料还原峰的形状和温度影响较大. 由于Sc的掺杂以及Sc2O3的析出在样品结构中引入了结构缺陷,提高了LSMS中Mn4+和氧空位的浓度,加快了体相氧的迁移,改善了材料的还原性. 但是随着Sc含量和焙烧温度提高, Sc掺杂对样品的还原活性改善不明显,这是由于Sc2O3偏析量增加引起的. 电化学方法表征结果表明, LSMSx-YSZ复合阴极电池性能受Sc掺杂量、操作温度及阴极焙烧温度的影响. 在本研究的掺杂范围内, Sc的掺杂显著提高了LSM基阴极低温操作的性能. 这主要是由于Sc掺杂LSMS-YSZ复合阴极中氧空位的数目增加,导致阴极对氧还原反应的电化学活性提高,改善了LSM基阴极由于氧空位不足引起低温下极化损失严重的问题.     

YSZ中温燃料电池的稳态模拟

依据同时考虑电化学及热平衡耦合的二维模拟软件 ,计算了薄膜钇稳氧化锆 (YSZ)中温燃料电池在不同工作条件下的稳态特性 .通过电流～电压关系参数进行自拟合实验 ,格点选取由平衡收敛性和计算效率而得 ,研究了不同连接体、气流流向设计等工作条件下的温度场 ,给出了不同工作温度下输出功率及电池效率与工作电压的关系 .对温度场的分析表明 :电池板内最高温度及最大温差以并流为最小 ,交叉流为最大 ,并流是最好的气流流向设计 .与以陶瓷材料作连接体相比 ,使用金属连接体能显著减小热应力和电池板内最高温度 ,受益最大的是交叉流 ,其最高温度及最大温差均小于陶瓷连接体的并流设计 .不同的气流流向对于输出功率及电池效率影响很小 ,对并流和金属连接体组合 ,给出了工程设计的燃料分布、电流密度、Nernst势及温度梯度在典型工作条件下的情形     

薄膜型中温固体氧化物燃料电池 (SOFC)研制及性能考察

用一种廉价的湿化学方法 ,在Ni_YSZ阳极基膜上制备出致密的YttriaStabilizedZirconia(YSZ)薄膜 .薄膜的厚度约为 10 μm ,致密均匀 ,无裂纹等缺陷 .以Ni_YSZ阳极基膜 ,YSZ薄膜和锶掺杂锰酸镧阴极 (LSM )组装的SOFC单电池 ,在 80 0℃下功率密度达 0 1W /cm2 .研究分析表明 ,YSZ薄膜的IR降 (包括电极 /YSZ薄膜的接触电阻 )较小 ,不是影响电池性能的主要因素 ,大的阳极过电位是影响电池性能的主要因素 .     

乙烷脱氢共生电能-增值化学品固体氧化物燃料电池研究进展

天然气/页岩气供应大幅增加推动了全球由乙烷制取乙烯等增值化学品的发展,深刻改变着石化产业的格局,乙烷高效清洁地转化为更高价值化学品具有深远意义. 乙烷蒸汽裂解制乙烯是一项比较成熟的工业生产技术,但是这一过程存在耗能高、积碳严重、热力学平衡受限等问题. 电能-增值化学品共生固体氧化物燃料电池由于可以将燃料气自发反应转化为高价值化学品的同时释放电能的特点被广泛研究. 本文总结了采用共生固体氧化物燃料电池将乙烷电化学脱氢共生乙烯增值化学品和电能的最新研究进展,重点介绍了固体氧化物燃料电池在乙烷脱氢中的工作原理和优势以及电解质和电极材料的选择等方向的研究发展,表明通过燃料电池技术低能耗实现乙烷共生乙烯增值化学品与电能具有显著的优越性,在实现高效节能的工业化生产中具有非常巨大的应用潜力.     

中温固体氧化物燃料电池LaNi0.6Fe0.4O3-δ阴极材料的制备及性能表征

以硝酸镧、硝酸镍和硝酸铁为原料,柠檬酸作燃料低温燃烧合成固体氧化物燃料电池阴极材料LaNi0.6Fe0.4O3-δ.X射线衍射（XRD）图谱显示,600℃煅烧可形成单一的LaNi0.6 Fe0.4 O3-δ钙钛矿相.电子显微镜（TEM和SEM）照片看出,其颗粒尺寸〈100 nm.电池交流阻抗谱图表明,在1050℃烧结制...     

中温固体氧化物燃料电池Pr1.2Sr0.8NiO4阴极材料的制备、结构和性能

以相应的氧化物粉末和盐为原料,通过甘氨酸-硝酸盐法合成出了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)Pr1.2Sr0.8NiO4(PSNO)阴极原料粉体,并制备出了烧结体试样.采用X射线衍射(XRD)分析对所合成粉体的相组成进行了分析,分别采用热膨胀仪和四端子法对PSNO烧结体试样的热膨胀系数和电导率进行了测定,同时对该阴极材料与Sm0.2Ce0.8O1.9(sco)电解质材料的电化学阻抗谱(EIS)进行了测试分析以SCO作电解质,分别以NiO/SCO和PSNO作阳极和阴极材料,制备出固体氧化物燃料单电池,并对其性能进行测试.实验结果表明,通过甘氨酸-硝酸盐法,在1050℃以上煅烧前驱体,可以获得具有K2NiF4结构的PSNO粉体.所制备的PSNO烧结体试样在200-800℃间的热膨胀系数约为12×10-6 K-1,在450℃下的电导率约为155 S· cm-1,在400-800℃,平均电导活化能为0.034 eV.电化学阻抗谱分析结果表明,在700 ℃下PSNO阴极和SCO电解质间的比表面阻抗(ASR)为0.37Ω·cm2,而Ni-SCO/SCO/PSNO单电池的比表面阻抗为0.61Ω·cm2;所制备的SOFC单电池在800℃下的输出功率为288 mW· cm-2,开路电压为0.75 V.本研究的初步结果表明PSNO 材料是一种综合性能较为优良的新型巾温固体氧化物燃料电池阴极材料.     

阴极支撑型固体氧化物燃料电池的制备与测试

采用固相反应法合成A缺位的(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO₃(LSM95)作为阴极材料,Zr_0.9Sc_0.1SO_1.95(SSZ)商业粉体作为电解质材料,溶胶-凝胶法合成的La_0.8Sr_0.2Cr_0.5Mn_0.5O₃-(LSCrM)作为阳极电催化材料,利用流延、共烧结及浸渍法得到结构为LSCrM-CeO₂|SSZ|3YSZ-LSM95的阴极支撑型固体氧化物燃料电池,分别在氢气气氛和甲烷气氛中进行电化学性能测试. 结果表明,浸渍0.11 g·cm ^-2 CeO₂的LSCrM-CeO₂|SSZ|3YSZ-LSM95单电池在以CH₄为燃料时,600、650、700、750和800 ^oC下的功率密度分别为1.68、4.70、12.40、28.08和54.78 mW·cm ^-2,表现出一定的电化学性能和较好的稳定性.     

中温固体氧化物燃料电池的纳米LSM-SDC复合阴极

阴极粒子纳米化可以提高固体氧化物燃料电池的性能,通常使复合阴极的单一相(催化剂或电解质)纳米化。本工作报道双相纳米化的新型(La0.85Sr0.15)0.9MnO3(LSM)-Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)复合阴极。扫描电镜照片显示,纳米LSM和SDC颗粒均匀附着在多孔LSM-SDC电极骨架的表面。交流阻抗研究表明,600℃时,该阴极界面极化阻抗仅为0.93Ω·cm2,性能优于其他类型的LSM-SDC复合阴极。以这种新型LSM-SDC复合纳米电极为阴极、稳定的氧化锆为电解质的单电池,在600、650和700℃最大输出功率分别为114、218和348mW·cm-2。     

平板式氧化物燃料电池（SOFC）研制及性能考察

对固体氧化物燃料电池进行研制。在ＹＳＺ固体电解质上制备成功Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ３阴极和Ｎｉ－ＹＳＺ陶瓷阳极，并解决了高温无机密封技术难题，组装出平板式ＬＳＭ．ＹＳＺ．Ｎｉ－ＹＳＺ单电池。     

固体氧化物燃料电池综合实验的设计

设计了一个综合性实验——固体氧化物燃料电池制备及性能测试。实验内容包括电解质和电极粉体的制备、电池片压制、对称电极制备,以及采用X射线衍射对粉体结构进行表征,采用电化学工作站对电池化学性能进行测试分析。本实验不仅可以锻炼学生的基本实验操作技能,还可以提高学生的学习兴趣和动手能力,培养学生的创新意识和团队协作精神。     

固体氧化物燃料电池——材料与前瞻(英文)

本文依据固体氧化物燃料电池(SOFC)于运作条件下的基本性能,诸如化学稳定性、电迁移、催化和热机械性能等评述SOFC组成部分(电极材料和电解质)的基本性质.示明由氧偏离化学计量比引起的电极材料结构缺陷与其电子性质及催化活性之间的相互关系,提出单室燃料电池概念.     

真空注浆法制备YSZ电解质膜管及其在固体氧化物燃料电池中的应用

以吡啶为分散剂,采用真空注浆法制备出膜厚为0.2mm、长度为140mm的致密YSZ电解质膜管。研究了烧结温度对样品致密度和离子导电率的影响.用1650℃烧结2h制备的致密YSZ电解质膜管组装成固体氧化物燃料电池,以氢气和煤气为燃料,研究了电池在500～900℃的电化学性能.实验结果表明,用真空注浆法可制备出高质量和高密度的YSZ电解质膜管,在1600℃烧结后,其相对密度已达到理论密度的98.1%,接近理论密度.单电池的开路电压最大值为1.213V,最大输出功率为0.48W.以氢气为燃料的燃料电池性能明显高于以煤气为燃料的电池性能.     

The Effect of Thin Functional Electrode Layers on Characteristics of Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell

Russian Journal of Electrochemistry - The thin-film multilayer structure of the membrane-electrode assembly in a solid oxide fuel cell which involves a NiO/ZrO2:Y2O3 anode functional layer and a...     

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池(D-HC SOFC)具有能量密度高和运行成本低等特点,可望在便携式电源等方面得到广泛应用,已成为国际上SOFC领域的研究热点。本文对D-HC SOFC进行了热力学分析,综述了目前国际上在D-HC SOFC研究方面的现状,指出现有的D-HC SOFC研究工作绝大多数都是围绕着如何避免积碳进行。围绕着避免积碳的3条途径即降低工作温度、采用合适的催化剂和促进电化学氧化,对D-HC SOFC研究进行了阐述和讨论。文中还提到一些阳极反应机理方面的研究,并对今后的D-HC SOFC工作提出了作者的观点,认为应该在D-HC SOFC电池组方面和涉及到气体分布的阳极反应机理方面做更多工作。     

共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池

采用共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池(SC-SOFC),单电池结构为Ni-YSZ/YSZ/LSM,YSZ为8%(x)Y2O3稳定的ZrO2,LSM为锰酸镧锶(La0.7Sr0.3MnO3).应用扫描电子显微镜(SEM)研究了电池微观结构,结果表明:阴极和电解质之间结合紧密,LSM在阴极YSZ三维骨架上负载性能良好;YSZ电解质薄膜厚约50μm,阳极厚约600μm,阴极层厚约100μm.研究了单电池反应温度T,阴极催化剂负载层数n,甲烷和氧气混合体积比Rmix对电池输出性能的影响规律.在T=800℃、n=2、Rmix=2时,电池性能达到最佳,开路电压为0.95V,最大电流密度为130mA·cm-2,最大功率密度为30mW·cm-2.