Co掺杂La1.5Sr0.5Ni1-xCoxO4+δ阴极材料的制备及其电化学稳定性能

利用溶胶凝胶法合成了La_1.5Sr_0.5NiO_4+δ掺杂Co的阴极材料La_1.5Sr_0.5Ni_1-xCo_xO_4+δ (x=0、0.2、0.4、0.6)。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、热重、热膨胀系数的测定和扫描电镜等技术探究了材料的相结构、元素组成、热力学性能和表面形貌。结果表明,所合成的样品为具有类钙钛矿型结构的单一纯相,掺杂Co元素使材料的热膨胀系数有所提高。将该材料应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极,进行了电导率及电化学阻抗谱的测定。结果发现,La_1.5Sr_0.5Ni_1-xCo_xO_4+δ的电导率随着Co元素掺杂量的提高而升高,当x=0.4时La_1.5Sr_0.5Ni_0.6Co_0.4O_4+δ     

甘氨酸-硝酸盐法制备中温SOFC电解质及电极材料

采用一种新的燃烧合成陶瓷粉末的方法--甘氨酸-硝酸盐法合成中温SOFC所有元件的初始粉体,电池的电解质材料是(CeO₂)x(SmO_1.5)_{1-x(x=0.9,0.85,0.8),阳极材料是掺(CeO2)0.8(SmO1.5)0.2(SDC)的NiO,阴极材料是SDC与La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3的复合材料.其中以(CeO2)0.9(SmO1.5)0.1为电解质的单电池性能最好,在750℃时短路电流密度为0.5A/cm²,最大功率密度达0.104W/cm².通过SEM结果分析,掺杂摩尔分数20%SmO1.5的电解质晶界非常明显,而掺杂10%的电解质晶界有很强的融合消失的趋势.}     

微波热冲快速制备二维多孔La0.2Sr0.8CoO3钙钛矿用于高效电催化析氧反应

析氧反应(OER)被认为是电解水的关键限制步骤,已被广泛作为清洁能源方式用于解决能源和环境问题。钙钛矿氧化物(ABO₃)具有可调的电子结构、高灵活性的元素组成,能在OER中表现出良好的催化活性。然而,钙钛矿氧化物的合成通常需要经历长时间的高温,极易导致金属的聚集和影响材料的本征活性。气相微波技术可以显著缩短热处理时间,从而减少相关的碳排放。这项技术不仅解决了对碳中性过程日益增长的需求,而且还增加了对合成的控制,以避免产品的不良团聚。本文采用微波热冲法快速制备了二维(2D)多孔La_0.2Sr_0.8CoO₃钙钛矿。伴随微波过程的快速熵增可以有效地暴露La_0.2Sr_0.8CoO₃结构中丰富的活性位点。此外,高能微波冲击过程可以精准地将Sr²⁺引入到LaCoO₃的晶格中,通过增加Co的氧化态来增加氧空位量。这种锶元素取代镧引入的氧空位能极大提高催化剂的本征催化活性。对于碱性电解液中的OER应用,制备的La_0.2Sr_0.8CoO₃在10 mA∙cm⁻²下展现出了360 mV的过电位,Tafel斜率为76.6 mV∙dec⁻¹。且在经历30000秒的长时间循环测试后仍能维持初始电流密度的97%。这项研究为高活性二维钙钛矿的合成提供了一种简便、快速的策略。     

负载型钙钛矿La0.8Sr0.2MnO3/SBA-15催化燃烧甲苯的研究

采用逐层负载-孔道内氨/水蒸气原位羟化法制备了一系列负载型钙钛矿La_0.8Sr_0.2MnO₃/SBA-15催化剂,用XRD、BET、TG-DTG、XPS、H₂-TPR等手段对催化剂的物性结构等进行了表征,并在常压连续流动固定床反应器上评价了该催化剂对甲苯催化燃烧的催化性能。结果表明,逐层负载-孔道内氨/水蒸气原位羟化法的使用有助于活性组分La_0.8Sr_0.2MnO₃进入SBA-15的孔道,并在SBA-15上形成钙钛矿结构。La_0.8Sr_0.2MnO₃/SBA-15上钙钛矿结构的形成和晶格氧的出现,可为催化剂提供较多的活性中心,有利于其催化燃烧甲苯的活性。     

氟掺杂对可逆固体氧化物电池性能的影响及相关动力学研究

可逆固体氧化物电池(RSOC)表现出优异的热力学和动力学性质,被认为是一种很有前途的能量转换装置.制备了两种RSOC电极材料La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Co_0.2O₃ (LSFC)和La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Co_0.2F_0.1O_2.9 (F_0.1-LSFC),对比了F掺杂对电池放电和电解性能的影响并对电极表面动力学反应进行探究.研究表明F掺杂可降低B位元素价态、提高材料氧空位浓度,进而提高电池性能.700℃,30%H₂O/H₂燃料下,由F_0.1-LSFC组成的RSOC的最大功率密度为234.3 m W·cm^-2,约为LSFC组成的RSOC的1.7倍.并且在1.3 V下,由LSFC和F_0.1-LSFC组成的RSOC...     

可逆单部件燃料电池双功能催化剂La0.5Sr0.5Co0.2Fe0.8O3的制备及电化学性能研究

利用SBA-15硬模板合成La_0.5Sr_0.5Co_0.2Fe_0.8O₃(LSCF)钙钛矿材料,通过研究LSCF的电化学性能,探究制备溶剂(甲醇/乙醇)对LSCF结构、表面性质及电化学性能的影响。结果表明,乙醇溶剂制备的LSCF具有更大的比表面积和更多的氧空位浓度,从而表现出更高的电导率以及对氧还原反应(ORR)和氢氧化反应(HOR)更好的催化活性。这是因为乙醇溶剂制备的LSCF具有更多的Co²⁺/Co³⁺和Fe²⁺/Fe³⁺电子对,促进了材料的电子传导。此外,对于HOR,电极反应的速率控制步骤(RDS)是吸附的氢原子转移到反应位点;吸附的氧原子在LSCF上的还原是ORR反应的RDS。此外,由乙醇溶剂制备的LSCF组成的可逆单部件电池(RSCC)具有更好的放电和电解水性能。700℃,H₂-30%H₂O燃料下,RSCC的最大功率密度为232.9 m W...     

锂磷氧氮(LiPON)薄膜电解质和全固态薄膜锂电池研究

采用电子束热蒸发Li₃PO₄与氮等离子体辅助相结合的方法制备了含氮磷酸锂(LiPON)电解质薄膜,已测得该非晶态电解质薄膜在温度为300K时的离子导电率为6.0×10^-7 S/cm,电子电导率低于10^-10 S/cm,电化学稳定窗口为5.0V.以脉冲激光沉积法(PLD)制备的非晶态Ag_0.5V₂O₅薄膜为阴极,真空热蒸发法制备的金属锂为阳极,LiPON薄膜为电解质,成功地制备了一个新的Li/LiPON/Ag_0.5V₂O₅全固态薄膜锂电池.该电池以14μA/cm²电流充/放电时,首次放电容量达到62 μAh·cm^-2·μm^-1,10次循环后容量衰减缓慢,衰减率约为0.2%,循环寿命达到550次以上.     

La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3钙钛矿复合氧化物的GNP法合成与导电性能

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成出La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃(y=0～1.0)体系复合氧化物,对合成产物的结构、烧结性能和导电性进行了表征.研究结果表明,不同n(Co)/n(Fe)比的合成粉料中形成菱形六面体钙钛矿结构,合成粉料的颗粒细小均匀.在室温～900℃范围内,La_0.6Sr_0.4CoO₃(y=0)的电导率随温度的升高而单调降低,其它n(Co)/n(Fe)比的样品电导率随着温度升高到600℃附近时达到最大值.在低温段,La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃体系的导电行为符合小极化子导电机制,导电活化能随n(Co)/n(Fe)比的降低而增大.与常规固相合成法相比,甘氨酸-硝酸盐法制备的La_0.6Sr_0.4Co_1-yFe_yO₃具有更高的烧结活性和电导率.     

锆掺杂以提升LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的高温电化学性能

为解决LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料在高温下循环性能差的问题,本文通过固相法对材料进行锆掺杂改性,研究了不同掺杂量对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂晶体结构和电化学性能的影响。研究表明,当锆掺杂量为1% (x)时,可以降低LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂结构中的Li⁺/Ni²⁺离子混排,有助于材料电化学性能的提高,尤其是高温循环性能。在25 ℃、3.0-4.3 V下, Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_0.99Zr_0.01O₂在1C循环95次后容量保持率为92.13%,优于未掺杂样品(87.61%)。在55 ℃下, Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_0.99Zr_0.01O₂在1C循环115次后容量保持率仍有82.96%,远高于未掺杂样品(67.63%)。因此,少量锆掺杂对提升LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂的高温循环性能有积极作用。     

固-溶法制备中温固体氧化物燃料电池高性能La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3-Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_3阴极（英文）

研究了新型固溶法合成La0.8Sr0.2MnO3(LSM)包覆Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3(BSCF)复合粉体(LSM-BSCF),并探讨了其作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的电化学性能.LSM-BSCF阴极结合了LSM和BSCF阴极的优点,不仅增大了三相界面,而且稳定了微观结构.当温度为600儃750°C时,其极化阻抗为0.61儃0.09Ω·cm2.与溶液注入法制备的高性能电极相比,极大地提高了性能稳定性.     

Effect of SO2 on Performance of Solid Oxide Fuel Cell Cathodes

Effects of SO₂ in ambient air on the performance and durability of solid oxide fuel cell(SOFC) cathode were evaluated by galvanostatic measurement. Comparison between two cathode materials was made to consider the cathode degradation mechanisms. The degradation performance is associated with a slow decomposition of the La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃(LSCF) due to the segregation of strontium oxide. Negligible deterioration for (La_0.7Sr_0.3)MnO₃ (LSM) cathode was caused by SO₂ poisoning under a current density of 200 mA/cm². Metal sulphate formation may explain a slight deterioration under increasing high the concentration of SO₂. It was verified that the poisoning mechanism for the two cathode materials resulted from the gradual decomposition of the cathode materials.     

Influence of NaCl on Cathode Performance of Solid Oxide Fuel Cells

Degradation induced by sodium chloride in air was investigated for (La_0.8Sr_0.2)_0.98MnO₃(LSM) and La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃(LSCF) cathodes in solid oxide fuel cells(SOFC). Cell performance was measured by volatilizing NaCl to be supplied to the cathode at a constant current density of 200 mA/cm² for up to 100 h. At 800 ℃, an exposure of the cathode to 30 mg/L NaCl caused negligible degradation of LSM at least for 100 h. Slight change in the composition of the cathode materials was observed which may imply the gradual degradation of cell performance for the long-term. In addition, cell performance degradation was compared between 700 ℃ and 900 ℃, being poisoned by 30 mg/L NaCl. Degradation was negligible for LSM cathode, while LSCF cathode showed slightly poor tolerance at 700 ℃ due to the decomposition of the cathode material. Further studies should be done to clarify the long-term influence of NaCl on cathode performance.     

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。     

PEO基聚合物电解质及其锂硫电池性能研究

锂硫电池由于具有高的理论比能量引起了广泛关注,然而传统液态锂硫电池由于多硫化物的“穿梭效应”以及安全问题而限制了其应用,全固态锂硫电池可显著提高电池安全性能并有望解决多硫化物的穿梭问题. 本文采用传统的溶液浇铸法制备了具有不同的[EO]/[Li⁺]的PEO-LiTFSI聚合物电解质,并将其应用于锂硫电池. 研究发现,虽然[EO]/[Li⁺] = 8的聚合物电解质具有更高的离子电导率,但是[EO]/[Li⁺] = 20的电解质与金属锂负极间的界面阻抗更低,界面稳定性更好. Li|PEO-LiTFSI([EO]/[Li⁺]=20)|Li对称电池在60 °C,电流密度为0.1 mA·cm^-2时可稳定循环超过300 h,而Li|PEO-LiTFSI ([EO]/[Li⁺]=8)|Li对称电池循环75 h就出现了短路现象. 基于PEO-LiTFSI([EO]/[Li⁺]=20)电解质的锂硫电池首圈放电比容量为934 mAh·g^-1,循环16圈后放电比容量为917 mAh·g^-1以上. 而基于PEO-LiTFSI ([EO]/[Li⁺]=8)电解质的锂硫电池,由于与锂负极较低的界面稳定性不能够正常循环,首圈就出现了严重过充现象.     

新型ITSOFC复合电解质氧化铈-硫酸盐的制备和表征

制备了一种适用于中温固体氧化物燃料电池的新型两相复合电解质钐掺杂二氧化铈SDC-(Li/Na)₂SO₄. 使用XRD和SEM表征该复合电解质的物相结构和观察电解质片的截面形貌,交流阻抗法测量其400 ^oC ～ 700 ^oC的电导率. 结果表明,SDC-(Li/Na)₂SO₄由结晶相SDC和无定形相(Li/Na)₂SO₄组成. 在中温范围（500 ^oC ~ 700 ^oC）该复合电解质电导率比SDC显著增大并随温度升高呈三段变化：T<500 ^oC,表观离子传导活化能为1.28 eV;500 ^oC ～ 550 ^oC第二相硫酸盐融化,电导率激增;T≥550 ^oC,电导率又缓慢增加,活化能降为0.30 eV,与SDC和文献报道的SDC-(Li/Na)₂CO₃相比,其电导率均显著提高,如550 ^oC时SDC-(Li/Na)₂SO₄的电导率可达0.217 S·cm^-1,分别为SDC和SDC-(Li/Na)₂CO₃的25倍和3.2倍. 硫酸盐的熔融改变了离子在电解质中的传导机制,显著提高了SDC-(Li/Na)₂SO₄复合电解质的中温电导率.     

低浓度干甲烷在SOFC Ni-YSZ阳极上的反应

向Ni-YSZ/YSZ/LSM(Ni-Y2O3稳定的ZrO/YSZ/La0.85Sr0.15MnO3-δ)电池阳极通入不同浓度的干甲烷,利用气相色谱对阳极尾气进行原位检测,研究在不同电流密度下,干甲烷在Ni-YSZ阳极上所发生的反应.通过理论开路电压和实测开路电压的比较、阳极尾气的定量分析以及CH4在Ni基阳极上基元反...     

Preparation and Electrochemical Performance of Cobalt-free Cathode Material Ba0.5Sr0.5Fe0.9Nb0.1O3-δ for Intermediate-temperature Solid Oxide Fuel Cells

Perovskite oxide Ba0.5Sr0.5Fe0.9Nb0.1O3-δ（BSFN） as a cobalt-free cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells（IT-SOFCs） on the Ce0.5Sm0.2O1.9（SDC） and La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.23O3-δ（LSGM） electrolytes was prepared and investigated. The single phase BSFN oxide with a cubic perovskite structure and relatively high elec- trical conductivities was obtained after sintering at 1250℃ for 10 h in air. The BSFN cathode exhibited excellent chemical stability on the SDC and LSGM electrolytes at temperatures below 950 ℃. The area specific resistance of the BSFN cathode on the SDC and LSGM electrolytes were 0.024 and 0.021 Ω·cm2 at 800℃, respectively. The maximum power densities of the single cell with BSFN cathode in 300 μm-thick SDC and LSGM electrolytes achieved 414 and 516 mW/cm2 at 800℃, respectively. These results show that the BSFN material is a promising co- bait-free cathode candidate to be used in IT-SOFCs. A combination of the BSFN cathode and LSGM electrolyte is preferred owing to its excellent electrochemical performance.     

Perovskite Oxides La0.8Sr0.2Co1-xFexO3 for CO Oxidation and CO+NO Reduction: Effect of Redox Property and Surface Morphology

This work aims to study the effect of redox property and surface morphology of perovskite oxides on the catalytic activity of CO oxidation and CO+NO reduction, with the redox property being tuned by doping Fe at the Co site of La_0.8Sr_0.2Co_1-xFe_xO₃ and the surface morphology being modified by supporting La_0.8Sr_0.2CoO₃ on various mesoporous silicas(i.e., SBA-16, SBA-15, MCF). Characteristic results show that the Fe doping improves the match of redox potentials, and SBA-16 is the best support of La_0.8Sr_0.2CoO₃ when referring to the oxidation ability(e.g., the Co³⁺/Co²⁺ molar ratio). A mechanism for oxygen desorption from perovskite oxides is proposed based on O₂-TPD experiments, showing the evolution process of oxygen released from oxygen vacancy and lattice framework. Catalytic tests indicate that La_0.8Sr_0.2CoO₃ is the best for CO oxidation, and La_0.8Sr_0.2FeO₃ is the best for CO+NO reduction. The mechanism of CO+NO reduction changes as the reaction temperature increases, with X_NO/X_CO value decreases from 2.4 at 250 ℃ to 1.0 at 400 ℃. As for the surface morphology, La_0.8Sr_0.2CoO₃ supported on SBA-16 possesses the highest surface Co³⁺/Co²⁺ molar ratio as compared to the other two, and shows the best activity for CO oxidation.     

石榴石型固态电解质/铝锂合金界面构筑及电化学性能

本文通过在锂负极中熔入少量铝制备了一种含Al-Li合金（Al₄Li₉）的新型复合锂负极,可有效改善Garnet/金属锂界面润湿性,从而显著降低了界面阻抗. XRD研究结果表明这一复合锂负极由Al₄Li₉合金和金属锂两相复合而成. SEM研究表明,复合锂负极可以有效改善金属锂与Garnet电解质的界面接触,形成更为紧密的接触界面. 电化学测试表明,复合锂负极显著降低了金属锂与Garnet电解质的界面阻抗,界面阻抗由锂/Garnet电解质界面的740.6 Ω·cm ²降低到复合锂负极/Garnet电解质界面的75.0 Ω·cm ². 使用复合锂负极制备的对称电池在50 μA·cm ^-2和100 μA·cm ^-2电流密度锂沉积-溶出过程中表现出较低的极化和良好的循环稳定性,在50 μA·cm ^-2电流密度下,可以稳定循环超过400小时.     

高性能AlPO4-14分子筛膜的制备及气体分离性能

制备了高性能的AlPO₄-14分子筛膜. 首先通过控制反应溶胶中水和模板剂的含量制备了形貌均一的AlPO₄-14分子筛, 分子筛的尺寸为15~18 mm; 然后采用晶种法即在反应凝胶中加入分子筛作为晶种进一步调控分子筛的大小, 使得AlPO₄-14分子筛的尺寸从15~18 mm减小到2~3 mm, 得到形貌均一的纯相片状晶体, 同时有效缩短了制备时间; 最后以多孔管状莫来石为支撑体, 采用二次生长法制备AlPO₄-14分子筛膜. 考察了2种不同大小的晶种对膜形貌和性能的影响, 发现以大尺寸的分子筛(15~18 mm)作为晶种制备的分子筛膜的分离层存在较多缺陷, 而采用小尺寸的晶种(2~3 mm)制备的膜层较均一致密. AlPO₄-14分子筛膜经高温脱除模板剂后仍然保持着纯相的AlPO₄-14晶型, 表明二次生长法促进了AlPO₄-14晶体在膜层中的生长且使其具有更高的结晶度和热稳定性. 在25 ℃, 100 kPa下, AlPO₄-14分子筛膜对H₂/CH₄, CO₂/CH₄和H₂/CF₄的理想分离因子分别为28, 40和1047, 且H₂和CO₂的渗透速率分别为6.3×10 ^-7和9×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1; 对等摩尔CO₂/CH₄混合气体的分离因子为81.5, 且CO₂的渗透速率为8.8×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1.