Gd1-xSrxCoO3-δ和Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ系阴极材料的制备和性能

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成了新型中温固体氧化物燃料电池(IT.SOFC)的阴极材料Gd1-xSrxCoO3-δ(x=0-0.5)和Gd.0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ(y=0-1),所合成的初始粉体在800℃下煅烧12 h后均形成了钙钛矿结构的单相固溶体.研究发现,Gd1-xSrxCoO3-δ(GSC)的电导率在600℃时达到了559 S·cm-1,由Ce0.8Cd0.2O2-δ(GDC)电解质和GSC-25GDC材料组成的对称电极在600℃和700℃的界面阻抗分别为0.170Ω·cm2和0.064Ω·cm2,活化能仅为87.8 kJ·mol-1,预示其可以作为ITSOFC较为理想的阴极备选材料;随着Fe3 离子含量的增加,Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ系列阴极材料的热膨胀系数显著降低,但其电导率也急速下降;此外,通过调整Gd0.8Sr0.2CoO3-δ与GDC的比例可以制备出热膨胀系数与GDC电解质匹配、性能良好的Cd0.8Sr0.2CoO3-δ/GDC复合阴极材料.     

SOFC阴极材料LSM的合成及性能研究

分别采用固相法、甘氨酸-硝酸盐燃烧法和溶胶-凝胶法制备了固体氧化物燃料电池阴极材料La0.8Sr0.2MnO3(LSM)。将合成的粉体在不同的温度下烧结,并通过XRD确定粉末成相最低烧结温度为900℃;利用扫描电镜(SEM)对合成的粉体进行微观结构的观察和分析;采用Van-der Pauw四电极法测量片状阴极的直流电阻进而计算电导率;采用三电极法研究LSM阴极材料的电化学性能;结果表明,溶胶-凝胶法制备的LSM阴极与电解质的界面阻抗最小。同时,将3种方法制备的LSM应用到多孔阳极支撑型的固体氧化物燃料电池上,制备成全电池,并采用四电极法对全电池的输出性能进行测试分析,结果表明,溶胶-凝胶法制备的LSM阴极材料电化学性能良好,最大输出功率密度达317mW.cm-2。因此,溶胶-凝胶法合成的LSM粉末能够有效满足固体氧化物燃料电池阴极材料的要求。     

质子导体固体氧化物燃料电池的Ba_2Co_9O_(14)阴极材料

Ba2Co9O14(BCO)是一种新型的电子-氧离子混合导体,在氧离子导体的固体氧化物燃料电池(SOFC)中,其作为阴极材料的应用可能性已经得到证实,本工作探索BCO在质子导体SOFC中的应用可能性。采用固相反应法制备BCO粉体,研究BCO与质子导体电解质BZCY(Ba Zr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ)之间的化学相容性,分析BCO-BZCY复合阴极在BZCY电解质上的电化学性能。当复合阴极中BCO的质量含量为70%时,阴极性能最佳,界面阻抗活化能为1.26 e V。以BCO-BZCY为阴极,Ni-BZCY为阳极,BZCY为电解质的阳极支撑型单电池,700℃时,单电池的极化阻抗为0.15Ω·cm2,最大功率密度为400 m W·cm-2。     

EDTA-甘氨酸法制备SmBaCo2O5+δ阴极材料及其性能

采用EDTA-甘氨酸法(EGP)合成了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的阴极材料SmBaCo2O5+δ(SBCO).通过热重-差热分析(TG-DTA),X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),直流四极法及交流阻抗技术分析材料的性能.结果表明,初始粉体在850°C煅烧5 h形成钙钛矿结构单相.EGP制备的SBCO粉体颗粒细小、分散性好、粒径分布均匀,其与Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)电解质材料具有良好的高温化学相容性.SBCO的电导率在500-800°C时达到668-382 S cm-1.以SDC为电解质,SBCO为阴极制备对称半电池,其界面结合良好,颗粒连接充分,形成好的三相界面,具有高的阴极催化活性,750°C时阴极极化电阻为0.0688Ωcm2,远低于固相法(SSR)的值,活化能(Ea)为122.21 kJ mol-1.     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC性能研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成固体氧化物燃料电池阴极系粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(PSCF)(z=0,0.02,0.05,0.1)。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其相结构与形貌进行了分析,结果表明:900℃以上焙烧后的阴极粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(z=0,0.02,0.05,0.1)为单一的钙钛矿结构。1000℃烧结的样品内粒子分布比较均匀,且颗粒内部存在一定程度的空隙,并与电解质附着情况良好。用直流四电极法测试阴极体系样品在400～750℃的电导率,发现各试样混合离子电子电导率均高于786 S.cm-1,能够满足固体氧化物燃料电池对阴极电导率的要求。用交流阻抗法测定PSCF-Ce0.8Sm0.2O1.9体系样品的阻抗谱,得到1000℃烧结的阴极体系对称电池在测试温度为750℃z=0,z=0.02,z=0.05时的极化电阻分别为0.041,0.040,0.034Ω.cm-2。     

Gd1-xSrxCoO3-δ和Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ系阴极材料的制备和性能

采用甘氨酸-硝酸盐（GNP）法合成了新型中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）的阴极材料Gd1-xSrxCoO3-δ（x=0～0.5）和Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ（y=0～1）,所合成的初始粉体在800℃下煅烧12h后均形成了钙钛矿结构的单相固溶体。研究发现,Gd0.8Sr0.2CoO3-δ（GSC）的电导率在600℃时达到了559S·cm^-1,由Ce0.8Gd0.2O2-δ（GDC）电解质和GSC-25GDC材料组成的对称电极在600℃和700℃的界面阻抗分别为0.170Ω·cm^2和0.064Ω·cm^2,活化能仅为87.8kJ·mol^-1,预示其可以作为ITSOFC较为理想的阴极备选材料;随着Fe3＋离子含量的增加,Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ系列阴极材料的热膨胀系数显著降低,但其电导率也急速下降;此外,通过调整Gd0.8Sr0.2CoO3-δ与GDC的比例可以制备出热膨胀系数与GDC电解质匹配、性能良好的Gd0.8Sr0.2CoO3-δ/GDC复合阴极材料。     

中温固体氧化物燃料电池La_(0.8-x)Bi_xSr_(0.2)FeO_(3-δ)阴极材料研究

通过高温固相法制备出La_(0.8-x)Bi_xSr_(0.2)FeO_(3-δ)(LBSF)阴极粉体和铒稳定氧化铋(ESB)电解质粉体,通过XRD分别确定其成相温度以及相互之间的化学相容性;以LBSF作为阴极, ESB作为电解质,构成LBSF|ESB|LBSF对称电池,利用交流阻抗法测试阴极的极化行为;用扫描电子显微镜观察电池的断面微结构。结果表明:通过固相合成的LBSF阴极材料呈立方钙钛矿结构。在同一温度下,电导率随Bi_2O_3的掺杂量增加而降低;但极化阻抗随着Bi_2O_3的掺杂量增加而降低,当x=0.4时, LBSF(0.4)的极化阻抗达到最小, 650℃时为1.05Ω·cm~2, 900℃时低达0.17Ω·cm~2。研究结果表明:LBSF是良好的固体氧化物燃料电池阴极材料。     

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。     

直接氨固体氧化物燃料电池

塑性挤压成型阳极支撑管,采用真空浸涂法在阳极表面制备了均一、致密的氧化钇稳定的氧化锆电解质层,然后在电解质表面刷涂上阴极层,成功制备了阳极支撑型管状固体氧化物燃料电池.分别以氢气和氨气为燃料,考察了该管状固体氧化物燃料电池的电池性能.在800℃操作时,以氢气和氨气为燃料的电池最大输出功率密度分别为202和200 mW/cm2.表明氨气可以作为固体氧化物燃料电池的替代燃料.     

一种抗CO2中毒的高电化学性能质子导体电解质

制备了一种高电化学性能的抗CO2中毒的低温质子导体固体氧化物燃料电池电解质BaZr0.4Ce0.4Y0.2O3(BZCY4),并通过双层共压法制备出NiO+BZCY4阳极支撑的单电池.该电池以质子导体材料BZCY4氧化物为电解质,钙钛矿型材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3(BSCF)为阴极,在750和400℃下的功率密度分别为219和57mW/cm2.     

Pr1-xSrCo0.5Ni0.5O4+δ阴极材料的合成及电化学性质

采用固相法合成中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Pr_(1-x)SrCo_(0.5)Ni_(0.5)O_(4+δ)(P_(1-x)SCN,x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20),并对材料的物相、热膨胀系数(TEC)、电导率、电极的微观形貌以及电化学性质进行表征。XRD结果表明,该材料形成单一的K_2NiF_4结构,空间群为I4/mmm,并与电解质材料Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)(CGO)具有良好的高温化学相容性。碘量法分析表明随着Pr离子缺位浓度增加,P_(1-x)SCN中Co/Ni离子平均化合价随着x的增加而升高,至x=0.10后逐渐降低,而氧空位含量逐渐升高。引入Pr离子缺位使材料的电导率明显提高,其中P_(0.90)SCN在700℃空气中电导率值为309 S·cm~(-1)。TEC测试结果显示,随着Pr缺位的增加,热膨胀系数逐渐增大,最大值为1.51×10~(-5)K~(-1)。交流阻抗谱(EIS)测试结果表明,Pr缺位明显降低了电极的极化阻抗值,P_(0.90)SCN阴极在700℃空气中的极化阻抗值为0.21Ω·cm~2。电解质支撑NiO-CGO/CGO/P_(0.90)SCN单电池在700℃最大输出功率密度为197.8 mW·cm~(-2)。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Nd2-xSrxCuO4的制备与性能研究

采用固相法合成了类钙钛矿结构的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Nd2-xSrxCuO4(简称NSC,x=0.0～0.1).通过XRD和SEM对材料进行了表征.结果表明该阴极材料与电解质Ce0.9Gd0.1O1.9(CGO)在1 000℃烧结4 h后不发生化学反应,具有良好的化学相容性;且烧结后二者之间能形成良好的接触界面.利用交流阻抗谱研究了电极的性能.发现随着Sr掺杂量的增加,极化电阻逐渐减小,其中Nd1.93Sr0.07CuO4在空气中的极化电阻最小,750℃时仅为0.14 Ω·cm2.700℃时,电极反应的速率控制步骤为电极上发生的电荷转移过程.     

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...     

Composite cathode materials Ag-Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 for solid oxide fuel cells

Silver-Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ (BSCF) cathodes were prepared in two ways. In the first method, Ag-BSCF composite powder was prepared in ethanol solution, where Ag nanoparticles serving as a component in the preparation of Ag-BSCF composite cathodes had been previously obtained via one-step synthesis in absolute ethanol using a neutral polymer (polyvinylpyrrolidone). To the best of our knowledge, this is the first study to use a Ag sol obtained by the above method for preparation of Ag-BSCF composite powder. Then, a paste containing this powder was screen-printed on a Sm_0.2Ce_0.8O_1.9 electrolyte and sintered at 1,000 °C. In the second technique, an aqueous solution of AgNO₃ was added to a previously sintered BSCF cathode, which was then sintered again at 800 °C. The oxygen reduction reaction at the quasi-point BSCF cathode on the Sm_0.2Ce_0.8O_1.9 electrolyte was tested by electrochemical impedance spectroscopy at different oxygen concentrations in three electrode setup. The continuous decrease of polarization resistance was observed under polarization ?0.5 V at 600 °C. The comparative studies of both obtained composite Ag-BSCF materials were performed in hydrogen-oxygen IT-SOFC involving samaria-doped ceria as an electrolyte and Ni-Gd_0.2Ce_0.8O_1.9 anode. In both cases, the addition of silver to the cathode caused an increase in current and power density compared with an IT-SOFC built with the same components but involving a monophase BSFC cathode material.     

纳米La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ阴极粉体的溶液燃烧法合成与性能表征

采用硝酸盐-甘氨酸溶液燃烧法合成了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-?啄(LSCF)前驱粉体, 通过XRD、BET、FESEM及激光粒度仪等手段对粉体进行表征. 结果表明, 所合成的LSCF粉体为纯钙钛矿结构, 具有高达22.9 m2·g-1的比表面积, 粒度均匀, 平均颗粒尺寸为175 nm. 非等温烧结实验表明该粉体具有良好的低温烧结活性. 在阳极NiO-YSZ(氧化钇稳定氧化锆)负载的电解质YSZ上, 于800 ℃烧结制备LSCF阴极组成的单元电池Ni-YSZ/YSZ/LSCF, 在700 ℃下以H2作燃料时具有良好的电池性能, 最大功率密度为0.97 W·cm-2, 在0.7 V时的功率密度约达到0.83 W·cm-2. 这种无中间缓冲层的低温制备LSCF阴极方法, 简化了电池结构及其制备过程, 同时提高了电池的性能.     

合成温度对全梯度正极材料LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2的结构和电化学性能影响

通过控制结晶法和浓度梯度进料的方式制备了Ni、Co和Mn三元素组分含量呈全梯度分布的类球形Ni_0.7Co_0.15Mn_0.15（OH）₂前驱体,与LiOH·H₂O均匀混合并焙烧后获得LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂正极材料,系统研究了不同焙烧温度对材料Ni、Co和Mn三元素扩散情况、晶体结构及电化学性能的影响规律。通过能谱仪（EDXS）分析不同焙烧温度下材料颗粒中Ni、Co、Mn三元素的扩散程度。研究结果表明,在800℃下焙烧得到的正极材料梯度分布特征明显且电化学性能最佳,首次放电比容量为186.1 mAh·g^-1（2.8~4.3 V,0.2C）,2C大倍率充放电条件下循环200次后容量保持率为90.1%。这种材料兼具高比容量及良好的循环稳定性,可以用作下一代高能量密度锂离子电池正极材料。     

LaGaO3基固体氧化物燃料电池阳极材料Ce1-xTmxO2-δ（Tm=Cu,Mn,Fe）研究

以研究与Sr,Mg掺杂LaGaO3(LSGM)电解质匹配的阳极材料为出发点,系统研究了Ce1-xTmxO2-δ(Tm=Cu,Mn,Fe)固溶体的晶体结构、热化学稳定性、电化学性能和单电池发电实验。柠檬酸法合成的Ce1-xTmxO2-δ化合物在x<0.2时均为单相材料,与LSGM电解质有良好的热化学相容性。采用交流阻抗法研究了阳极材料的电化学性能,金属元素掺杂可以显著地改善CeO2电化学性能,Fe元素掺杂阳极材料极化电阻最小,随着元素掺杂量的增加以及氢气增湿,极化电阻减小。采用电解质支撑结构单电池进行发电实验,在800℃时,以Ce0.8Fe0.2O2-δ作为阳极的单电池最高功率密度可达98 mW.cm-2,表明该材料作为IT-SOFC的阳极材料具有一定的可行性,有望成为适合LSGM电解质的阳极材料。     

BaCe_(0.8-x)Nb_xGd_(0.2)O_(3-δ)(0≤x≤0.45)的制备及性能研究

采用高温固相反应法制备了质子导体BaCe0.8-xNbxGd0.2O3-δ(0≤x≤0.45)。结合XRD、SEM、EIS等技术对其物相、微观形貌、稳定性及电导率进行了研究。结果表明,在1600℃烧结5h制备的质子导体BaCe0.8-xNbxGd0.2O3-δ(0≤x≤0.45)均能保持主相为斜方晶的钙钛矿结构。Nb的加入可明显提高烧结样品的致密性及在CO2和水蒸气气氛下的稳定性。在湿润H2/Ar(0.4%,V/V)气氛中800℃下,x=0.1样品的电导率为5.73mS·cm-1,电导活化能为0.35eV,与x=0的样品相当。     

磷酸钒锂正极材料的合成与性能研究

本文以LiOH·H2O,NH4VO3,NH4H2PO4和柠檬酸等为原料采用流变相法成功地合成了磷酸钒锂化合物。利用XRD,TEM等手段对目标产物的结构和形貌进行了表征,结果表明:在800℃煅烧的样品具有单一纯相的单斜晶体结构。晶体颗粒分布在200~500nm范围,而且在颗粒表面包覆了一层碳,有利于材料的导电率的改善。对该材料的电化学性质进行了测试,实验发现:800℃煅烧的样品在0.1C和1C倍率电流条件下,首次放电比容量分别高达122.8和107mAh·g-1,经过30次循环后容量衰减很少。交流阻抗谱证实了800℃煅烧的样品具有较高的电导率。本文对800℃煅烧的样品具有较好电化学性能的原因进行了初步讨论。