挤出成型法制备添加铁离子的管式阳极支撑固体氧化物燃料电池（英文）

本文通过挤出成型法,成功制备了管式固体氧化物烘焙电池阳极支撑体,并以YSZ为电解质,LSM为阴极组装成电池测试其电化学性能。为了改善阳极的结构,在阳极粉料分别中添加了三种造孔剂:石墨、玉米粉和淀粉,并进行了单电池的组装及电池性能测试。SEM分析和电化学测试结果都表明,与玉米粉和淀粉相比,石墨为造孔剂效果更好。另外,为了进一步优化阳极的性能,本文在以石墨为造孔剂时,同时在阳极中添加了相当于5%mol Ni的Fe离子。SEM结果显示Fe离子的加入能够减少阳极的烧结,优化阳极结构。随后的电化学性能测试亦表明,随着Fe离子的加入,单电池的性能从241m W·cm~(-2)提高到了400m W·cm~(-2)。而由于Fe的电阻大于Ni,电池的欧姆阻抗与未添加Fe离子时相比有了一定的提高。     

以丁烷为燃料的便携直接火焰固体氧化物燃料电池堆的研究(英文)

以丁烷液化气为燃料,以固体氧化物燃料电池为电源,可以进行全天候的充电,是未来理想的充电模式。研究了以丁烷为燃料的可以便携的直接火焰燃料电池堆。该电池结构和电性能分别用扫描电子显微镜SEM和电化学工作站进行了表征。该电池堆由3片以Ni/YSZ为阳极支撑形的单电池构成。该电池堆操作开路电压为2.1 V,最大输出功率为0.24 W,可带动小风扇连续运行超过4 h。运行4 h后电池阳极没有积炭发生,说明该电池可以连续运行多个小时,可用作便携充电电源。     

一种新型锂离子电池用聚合物电解质复合膜的制备和性能表征

阐述了一种新型锂离子电池用PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物树脂)基聚合物电解质复合膜的制备过程. 对复合膜中使用的无机TiO2纳米颗粒进行固体超强酸化处理, 并进行颗粒表面酸强度H0测试、XRD晶体结构分析以及复合膜的电解液吸附率测试和电化学阻抗谱测试. 采用PE无纺布支撑体作为增强材料, 以浸涂方法制备复合膜,并进一步组装为锂离子电池, 性能测试表明该电池具有良好的电化学性能.     

乙醇在Ni-ZnO-ZrO_2-YSZ阳极SOFC上的发电性能

为考察乙醇用于固体氧化物燃料电池的可行性,用柠檬酸溶胶-凝胶制备阳极催化材料Ni-ZnO-ZrO2,利用机械混合法制备Ni-ZnO-ZrO2-YSZ(Y2O3稳定的ZrO2)阳极。用涂覆法,在YSZ电解质上,制备了Ni-ZnO-ZrO2-YSZ/YSZ/LSM(La0.85Sr0.15MnO3)与Ni-YSZ/YSZ/LSM的单体电池。在不同蒸发器操作温度、电池操作温度和乙醇蒸气流量下,以乙醇为燃料进行发电实验,对两种阳极的电池发电性能进行比较。实验结束后,用SEM检测了两种电池阳极的表面。结果表明,Ni-ZnO-ZrO2-YSZ阳极SOFC的电池输出性能明显高于Ni-YSZ阳极,且Ni-ZnO-ZrO2-YSZ阳极具有较好的抗积炭能力。     

质子交换膜燃料电池电堆阳极饥饿反极的研究

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明,在电堆阳极水淹情况下,反极单电池电压表现为缓慢下降到电解水平台然后迅速恢复的循环过程,性能恢复归因于水淹单电池阳极进出口压差上升使其液态水排出而氢气重新进入;在电堆阳极缺气情况下,反极单电池电压表现为迅速降低到碳腐蚀平台然后迅速恢复的循环过程,这是由于缺气单电池的阳极进出口压差下降使电堆内氢气重新分配.缺气反极电池电压会降低到碳腐蚀平台,因此会对电池性能造成不可逆的损害.     

乙醇在Ni-ZnO-ZrO2-YSZ阳极SOFC上的发电性能

为考察乙醇用于固体氧化物燃料电池的可行性,用柠檬酸溶胶 凝胶制备阳极催化材料Ni-ZnO-ZrO₂,利用机械混合法制备Ni-ZnO-ZrO₂-YSZ(Y₂O₃稳定的ZrO₂)阳极。用涂覆法,在YSZ电解质上,制备了Ni-ZnO-ZrO₂-YSZ/YSZ/LSM（La_0.85Sr_0.15MnO₃）与Ni-YSZ/YSZ/LSM的单体电池。在不同蒸发器操作温度、电池操作温度和乙醇蒸气流量下,以乙醇为燃料进行发电实验,对两种阳极的电池发电性能进行比较。实验结束后,用SEM检测了两种电池阳极的表面。结果表明,Ni-ZnO-ZrO₂-YSZ阳极SOFC的电池输出性能明显高于Ni-YSZ阳极,且Ni-ZnO-ZrO₂-YSZ阳极具有较好的抗积炭能力。     

不锈钢网阴极微生物燃料电池的产电性能研究

构建了一个以曝气池污泥为阳极接种微生物、碳毡为阳极、无任何修饰的不锈钢网为阴极的双室微生物燃料电池. 通过输出电压、功率密度以及电化学阻抗等考察了阴极面积对电池产电性能的影响,并对电池的长期运行稳定性进行评价. 研究结果表明,不锈钢网作为微生物燃料电池的阴极性能稳定. 当不锈钢网面积为2 × 2 cm²时,最大输出电压达到0.411 V,功率密度为0.303 W•m^-2,内阻841 Ω,极化内阻80 Ω. 增大阴极面积至2 × 4 cm²,最大输出电压能达到0.499 V,内阻减小至793 Ω. 不锈钢网价格便宜,具有长期运行稳定性,适宜做MFCs的阴极.     

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。     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的制作和性能研究

采用铸带法制备电极 (阴极和阳极 )、电解质基材和片材等电池部件 ,并组装出电极面积为 140× 2 40mm2 的熔融碳酸盐燃料单电池和电池组 (由 8个单电池构成 )。研究了单电池在不同温度下工作性能以及多次热循环对电池性能的影响。结果表明 ,电池具有较好的输出性能和一定的耐冷热冲击能力。单电池与电池组的功率密度很接近 ,说明电池内的流场设计可行。分别以空气和氢气为氧化剂和燃料气体 ,在常压 ,6 5 0℃ ,电流密度 130mA cm2条件下 ,电池的功率密度接近 0 1W cm2 ,电池组输出峰值功率达到了 2 80W以上。     

硬模板法制备固体氧化物燃料电池Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x包覆管状SDC立体阳极

为在固体氧化物燃料电池中有效利用干甲烷为燃料,需制作多孔立体阳极。采用硬模板法和浸渍法制备Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x包覆管状SDC阳极材料(Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x/SDC),为作对比,用溶胶凝胶法制备粉末状Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x,机械混合SDC粉末制备Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x-SDC。将这两种阳极材料分别制作电解质支撑的单电池Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x/SDC|YSZ|LSMYSZ与Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x-SDC|YSZ|LSM-YSZ,并进行发电性能测试以及长期稳定性实验。结果表明,800℃下,干甲烷环境中,Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x-SDC为阳极的单电池最大功率密度为324.99 m W/cm2,运行10 h后,电压下降5.60%;而以Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x/SDC为阳极的单电池最大功率密度达到384.54 m W/cm2,运行100 h后,电压未严重衰减。实验后阳极的SEM照片表明,Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x-SDC阳极内孔隙狭小,易被积炭堵塞;而Ni_(0.5)Cu_(0.5)Ba_(0.05)O_x/SDC阳极呈立体多孔结构,有利于燃料气体与反应后气体的扩散。催化剂颗粒均匀地包覆在SDC纤维管表面,有利于增加三相界面,提高电池的稳定性。     

Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_2包覆固体氧化物燃料电池Ni-ScSZ复合阳极制备及性能表征

应用双层流延法制备Ni-ScSZ阳极支撑体-ScSZ电解质复合膜素坯,经共烧结得到复合膜.以硝酸铈和硝酸钆为原料,柠檬酸作燃料,由燃烧合成法制备Gd0.2Ce0.8O2(GDC)包覆的Ni-ScSZ阳极.X-射线衍射(XRD)和电子显微镜(TEM和SEM)分析显示,Ni-ScSZ阳极颗粒表面的包覆层是由直径小于100 nm的GDC微粒构成,并与Ni-ScSZ阳极颗粒紧密烧结在一起.实验表明,2.0%(by mass)GDC包覆的Ni-ScSZ阳极具有较佳的性能,以其组装的单电池在850℃用H2或CH4作燃料的最大功率密度分别是825和848 mW/cm2,而由无包覆的Ni-ScSZ作阳极的单电池,功率密度分别是584和586 mW/cm2.由两种阳极材料组装的单电池,分别在700℃于CH4气氛下作长时间发电实验,发现2.0%(by mass)GDC包覆的Ni-ScSZ阳极比Ni-ScSZ阳极具有较好的抗碳沉积性能.     

天然气和甲烷固体氧化物燃料电池中的Ni-LCCM-GDC阳极性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了纳米粉体La_1-xCe_xCr_0.5Mn_0.5O_3-δ(x=0.05,0.10,0.15,0.20)(LCCM),并采用共压-共烧结法制备了以复合阳极Ni-La_0.9Ce_0.1Cr_0.5Mn_0.5O_3-δ-Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ(GDC)为支撑、GDC为电解质、La_0.8Sr_0.2Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(LSCF)-GDC为复合阴极的单电池。利用XRD和SEM等方法对阳极材料进行了晶相结构、化学相容性、微观形貌分析。在500~750 ℃范围内,分别以湿天然气(3% H₂O)和甲烷为燃料气,氧气为氧化气测试了单电池的电化学性能,同时检测了以甲烷为燃料气的阳极尾气组成。结果表明：复合阳极材料具有良好的化学相容性;阳极和阴极具有较好的孔隙结构。以天然气和甲烷为燃料气的单电池在700 ℃时最大电流密度分别为131.96 mA·cm^-2,162.36 mA·cm^-2; 最大比功率分别为28.61 mW·cm^-2,31.03 mW·cm^-2。在500~750 ℃范围内阳极尾气中均检测出CO,CO₂,在700 ℃时CO,CO₂含量达到最大值,分别为2.39254%,6.20891%。     

固体氧化物燃料电池LSCM-CeO_2/Ni-ScSZ复合阳极制备及性能表征

采用双层流延法制备Ni-ScSZ阳极支撑层-ScSZ电解质复合膜.在烧结的Ni-ScSZ阳极支撑层表面丝网印刷一层LSCM-CeO2阳极催化层,得到LSCM-CeO2/Ni-ScSZ功能梯度层阳极.研究表明,LSCM/CeO2比为1:3(bymass)的功能梯度层阳极Ni-ScSZ13具有较佳的性能.单电池在850℃以H2和乙醇蒸气作燃料的最大功率密度分别为710和669mW/cm2,而LSCM/CeO2为1:0(bymass)的功能梯度层Ni-ScSZ10作阳极的单电池,最大功率密度分别为521和486m W/cm2.两种阳极单电池,分别在700℃于乙醇蒸气中作长时间运行实验,X-射线能量散射分析表明Ni-ScSZ13阳极比Ni-ScSZ10阳极具有较好的抗碳沉积性能.     

利用Nafion膜和SFCN在低温常压下电化学合成氨

用溶胶-凝胶法制备了Ce0.8Sm0.2O2δ（SDC）和SmFe0.7Cu0.3-xNixO3（x=0,0.1,0.2,0.3）（SFCN）系列超细粉体,用XRD、TEM和SEM等方法对其进行了表征.分别将NiO-SDC和SFCN系列超细粉体干压成片并烧结成陶瓷,以SFCN系列陶瓷片为阴极,Nafion膜为电解质,NiO-SDC还原后得到的Ni-SDC金属陶瓷为阳极,银-铂网为集流体组成单电池,在低温常压下研究了其在电化学合成氨中的性能.结果表明：在25-100℃和施加电压的条件下,使用SFCN系列陶瓷片为阴极时均有氨气在阴极生成,其中SmFe0.7Cu0.1Ni0.2O3作阴极时电化学合成氨的性能最佳,在80℃时氨的合成速率为1.13×10^-8mol·s^-1·cm^-2,其电流效率为90.4%.     

Ni-Fe/SDC电池阳极材料的制备和性能表征

采用硝酸盐-柠檬酸法合成了具有高比表面积的一系列Ni-Fe氧化物和电解质Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC), 利用上述材料制备出固体氧化物燃料电池(SOFC)复合阳极材料Ni-Fe/SDC, 并对其微结构和相关性能进行测试. 结果表明: 该复合阳极材料与电解质SDC具有较高的热匹配性, 以其作为SOFC的阳极, 氢气为燃料, 其单电池表现出优异的性能, 700 ℃电池输出功率密度最高可达90.6 mW•cm−2.     

管式电解质支撑型直接碳固体氧化物燃料电池的浸渍法制备及电性能

管状电解质支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC)具有稳定性高、电极选择范围广、易封接等优点,很适合应用于直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)现阶段的基础研究中。为实现管状电解质支撑型SOFC的便捷制备,本研究开发了管状YSZ(钇稳定化氧化锆)电解质支撑膜的浸渍法制备工艺。组装了电极材料为Ag-GDC(钆掺杂氧化铈)的电解质支撑型SOFC单电池。测试了单电池分别以加湿氢气和担载5%(w,质量分数)Fe的活性炭为燃料,环境空气为氧化剂的电性能。电池的开路电压接近理论值,且扫描电镜分析结果表明电解质膜致密。单电池以活性碳为燃料在800°C取得了280 m W?cm~(-2)的最大功率密度,接近其以加湿氢气为燃料的330 m W?cm~(-2)。交流阻抗谱结果表明YSZ电解质的欧姆电阻是影响电池性能的主要原因。DC-SOFC以恒电流1 A放电,运行了2.1 h,燃料利用率为36%。DC-SOFC二次装载碳燃料后的电性能几乎与初次的性能一样,表明制备的YSZ电解质支撑膜可稳定的应用于DC-SOFCs中。分析了DC-SOFC放电过程中电性能衰减的机制。     

碱性Al-H_2O_2半燃料电池Au/Ni阴极性能研究

以泡沫镍为基体,AuCl3为沉积液,应用快速自沉积法制备了泡沫镍负载的纳米Au/Ni电极.电化学方法测定AuCl3溶液的浓度和沉积时间对Au粒子的尺寸和分布以及以该电极作为Al-H2O2半燃料电池阴极对H2O2性能的影响.实验表明,泡沫镍经2mmol·L-1AuCl3溶液浸渍60s后,其表面完全被粒径小于100nm的Au粒子覆盖;以其为阴极的Al-H2O2半燃料电池,在0.4mol·L-1H2O2溶液中峰值功率达135mW·cm-2.     

以活性炭为燃料的固体氧化物燃料电池(英文)

采用注浆成型法制备了管状电解质支撑的固体氧化物燃料电池(SOFC),电解质材料为YSZ,阳极和阴极材料都采用银.将活性炭不加任何气体直接用作电池的燃料.电池的有效面积为2.5cm2,在800℃时给出最大功率为16mW,其开路电压随温度的变化与理论结果一致.此电池在30mA的恒电流下连续稳定运行了37h,通过电化学反应消耗了加入电池中碳燃料的42%(w),证明了电池的工作是可以自维持的.与使用石墨燃料的SOFC相比,此电池的运行稳定性得到了明显的提高,因为活性炭比石墨具有大得多的微孔率和表面积.电池运行37h后很快衰减,燃料烧结和燃料量减少造成碳表面积减小可能是衰减的主要原因.电化学阻抗谱测试结果表明电池的极化电阻在电池的总损耗中占主导.通过对电池反应机理进行分析,认为发生在阳极/电解质界面的CO电化学氧化反应和发生在碳燃料表面的Boudouard反应构成的循环维持了电池的运行,因此通过添加促进上述两个反应的催化剂,可提高电池的性能.     

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.