五甲川菁染料敏化p-NiO纳米结构电极的光电化学

研究了NiO纳米结构电极及五甲川菁染料敏化NiO纳米结构电极的光电化学行为。结果表明,NiO纳米结构电极在光照下产生阴极光电流,为p-型半导体,其禁带宽度为2.8eV,使用五甲川菁染料敏化可以显著地提高NiO纳米结构电极的阴极光电流,使NiO纳米结构电极吸收波长红移至可见光区,光电转换效率得到明显改善。研究了OTE/TiO~2/Ru(bpy)~2(SCN)~2和OTE/NiO/PMC作为光阳极和光阴极组成电池的电池特性,结果表明复合电池的光电压提高,但光电流的大小受光电流小的电极限制。     

NiO-YSZ-石墨水系浆料的研制及其在注浆成型制备固体氧化物燃料电池中的应用

Ni-YSZ(钇稳定氧化锆)金属陶瓷普遍被用作固体氧化物燃料电池(SOFC)的阳极材料,其氧化物浆料的性质对湿法制备的SOFC的性能具有重要影响. 通过zeta 电位分析,研究了NiO-YSZ双分散相水系浆料的稳定性. 对六种分散剂作用于NiO、YSZ 表面的zeta 电位进行研究,发现采用的阴离子分散剂和两性分散剂使NiO 和YSZ在水中带有相反电荷而引起迅速絮凝; 采用阳离子分散剂聚二烯二甲基氯化铵(PDAC)时,NiO 和YSZ因带有正电荷相互排斥而稳定分散于水中,在此基础上,加入作为SOFC阳极造孔剂的石墨,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为石墨的分散剂,制备出了NiO-YSZ-石墨的稳定水系浆料. 采用此浆料通过注浆成型制得阳极支撑管,进而组装成SOFC单电池. 该单电池在800℃时最大功率密度达到509 mW·cm^-2; 扫描电镜(SEM)分析表明电极与电解质间接触良好,阳极孔洞分布均匀.     

NiO-YSZ-石墨水系浆料的研制及其在注浆成型制备固体氧化物燃料电池中的应用

Ni-YSZ(钇稳定氧化锆)金属陶瓷普遍被用作固体氧化物燃料电池(SOFC)的阳极材料,其氧化物浆料的性质对湿法制备的SOFC的性能具有重要影响.通过zeta电位分析,研究了NiO-YSZ双分散相水系浆料的稳定性.对六种分散剂作用于NiO、YSZ表面的zeta电位进行研究,发现采用的阴离子分散剂和两性分散剂使NiO和YSZ在水中带有相反电荷而引起迅速絮凝;采用阳离子分散剂聚二烯二甲基氯化铵(PDAC)时,NiO和YSZ因带有正电荷相互排斥而稳定分散于水中,在此基础上,加入作为SOFC阳极造孔剂的石墨,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为石墨的分散剂,制备出了NiO-YSZ-石墨的稳定水系浆料.采用此浆料通过注浆成型制得阳极支撑管,进而组装成SOFC单电池.该单电池在800°C时最大功率密度达到509 mW·cm-2;扫描电镜(SEM)分析表明电极与电解质间接触良好,阳极孔洞分布均匀.     

氧化镍薄膜的制备及电化学性质

分别采用真空蒸镀_热氧化(VE_TO)及脉冲激光沉积(PLD)技术制备氧化镍(NiO)阳极薄膜材料,并利用XRD、SEM、循环伏安、充放电等方法对薄膜的结构和电化学性能进行了表征。结果表明,两种方法均制备了厚度均匀、表面光滑、与基片结合紧密、无缺陷、致密的纳米晶形NiO薄膜。采用PLD技术制备的薄膜颗粒更小、结构更有序,具有更高的电化学比容量,并且能承受大电流充放电。因此,这两种方法制备的NiO薄膜可根据充放电电流密度的要求有选择的应用于全固态薄膜锂离子电池中。     

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.     

NiFe_2O_4/NiO纳米复合材料的制备及电催化水氧化性能

以镍铁水滑石为单一前驱体,通过高温焙烧制备了NiFe_2O_4/NiO纳米复合材料,对该纳米复合材料在碱性介质中电催化水的氧化性能进行了研究.结果表明,相比于化学共沉淀法制备的单独NiFe_2O_4、NiO及其物理混合物NiFe_2O_4+NiO,NiFe_2O_4/NiO纳米复合材料具有更高的电催化水氧化活性和更好的循环稳定性.电流密度为10 m A/cm2时过电位仅为364 m V.     

非水体系中电解镍中间产物制备纳米NiO

采用纯镍为阳极，乙酰丙酮和乙醇的混合溶液中加入少量有机胺导电盐为电解液，施加一定电流使镍溶解，然后将电解液直接水解，控制一定的水解条件，制备得到纳米NiO粉体. 采用拉曼光谱、红外光谱、元素分析、XRD 和TEM 分别对电解得到的纳米NiO前驱体和纳米NiO进行了分析与表征, 并探讨了电化学溶解镍金属法制备纳米NiO反应的影响因素.电化学溶解镍金属得到的前驱体为Ni(OEt)2(acac)2,这种不溶性镍醇盐配合物升温至40～50℃即可溶解于乙醇溶液中,可直接应用于溶胶 凝胶(Sol gel)过程.水解后的纳米NiO呈无定形结构, 350 ℃煅烧后形成立方晶型NaCl结构, 纳米NiO经600 ℃煅烧后粒径分布在5～10 nm. 该方法理论上为二价不溶性金属醇盐经溶胶 凝胶工艺制备纳米氧化物材料提供了一条新的途径.     

LiFePO4纳米晶的尺寸、形貌调控及锂电池性能研究

由于材料的电化学性能与其尺寸、形貌和结构密切相关,本文围绕乙二醇体系制备LiFePO_4纳米晶展开了材料的尺寸和形貌调控合成探索,并对材料进行了锂电池性能表征。改变体系的反应物浓度,LiFePO_4纳米晶的尺寸明显发生变化,当体系中FeSO_4的浓度为0.15mol/L时,得到的LiFePO_4纳米晶尺寸最小,其锂离子电池的容量稍高于其他尺寸的LiFePO_4纳米晶。葡萄糖的添加量对LiFePO_4纳米晶的形貌会产生影响,但对锂离子电池性能影响不大。     

层状钒青铜纳米片的制备及其锂离子电池阳极材料性能（英文）

室温下,在水溶液中将铵根离子和水分子插入到商用V_2O_5纳米颗粒的层间,制得了层状的钒青铜(NH_4)_2V_6O_(16)·H_2O]纳米片.该纳米片的尺寸为2～10μm,厚度为50～250 nm.与商用V_2O_5纳米颗粒相比,(NH_4)_2V_6O_(16)·H_2O纳米片用作锂离子电池(LIBs)的阳极材料时,其性能得到较大提升,包括大的可逆放电容量(0.1 A/g时为1148 mA·h/g)、出色的循环性能(循环70圈后在0.1 A/g时具有1002 mA·h/g的高容量)和高倍率性能(在0.1 A/g时具有1070 mA-h/g的可逆性能).研究结果表明,(NH_4)_2V_6O_(16)·H_2O纳米片可以作为锂离子电池优良的阳极材料,也有望应用于其它(如钠离子电池和锌离子电池等)可再充电电池.     

采用甲烷燃料的管状固体氧化物燃料电池浸渍阳极电化学性能

以NiO和8％（摩尔分数）氧化钇稳定的氧化锆为原料,采用注凝成型工艺制备了管状同体氧化物燃料电池阳极支撑体．用离子浸渍法对阳极支撑体进行表面修饰．用电化学工作站测单电池交流阻抗和输出性能并且用化学气相色谱仪对电池尾气进行分析．测试结果表明修饰后的阳极在通甲烷的情况下出现了一定程度的积炭,但是积炭现象在一定的测试时间内达到平衡,没有对电池造成破坏,并且显著地提高了电池阳极的电化学性能．单电池存通入氯气和甲烷的情况下最大输出功率密度分别达到了225和400mW／cm^2．     

Performance studies of electrolyte-supported solid oxide fuel cell with Ni–YSZ and Ni–TiO2–YSZ as anodes

Redox cycling of Ni-based anode induces cell degradation which limits the cell's lifetime during solid oxide fuel cell operation. In the present study, the redox testing of electrolyte-supported cells has been investigated with TiO₂-added NiO–YSZ anode matrix. Button cells were fabricated by die-pressing YSZ powder as electrolyte, and onto which NiO–YSZ or NiO–TiO₂–YSZ anode and LSM–YSZ composite cathode were painted. The electrochemical performance and stability have been evaluated by measuring current–voltage characteristics followed by impedance spectroscopy after each redox cycling. Anode matrices before and after cell operation have been characterized by X-ray diffraction (XRD), elemental dispersive X-ray (EDX), and scanning electron microscopy (SEM). During cell operation the peak power density decreases from 111 mW cm^?2 (239 mA cm^?2) to 84 mW cm^?2 (188 mA cm^?2) between 23 and 128 h with five redox cycles for cell having NiO–YSZ (40:60) anode. But for cell with NiO–TiO₂–YSZ (30:10:60), the anode peak power density was constant and stable around 85 mW cm^?2 (194 mA cm^?2) throughout the cell run of 130 h and five redox cycles. No loss in the open circuit voltage was observed. SEM and XRD studies of NiO–TiO₂–YSZ (30:10:60) anodes revealed formation of ZrTiO₄, which may be responsible for inhibition of Ni coarsening leading to stable cell performance.     

Formation of NiO/YSZ functional anode layers of solid oxide fuel cells by magnetron sputtering

The decrease in the polarization resistance of the anode of solid-oxide fuel cells (SOFCs) due to the formation of an additional NiO/(ZrO₂ + 10 mol % Y₂O₃) (YSZ) functional layer was studied. NiO/YSZ films with different NiO contents were deposited by reactive magnetron sputtering of Ni and Zr–Y targets. The elemental and phase composition of the films was adjusted by regulating oxygen flow rate during the sputtering. The resulting films were studied by scanning electron microscopy and X-ray diffractometry. Comparative tests of planar SOFCs with a NiO/YSZ anode support, NiO/YSZ functional nanostructured anode layer, YSZ electrolyte, and La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃/Ce_0.9Gd_0.1O₂ (LSCF/CGO) cathode were performed. It was shown that the formation of a NiO/YSZ functional nanostructured anode leads to a 15–25% increase in the maximum power density of fuel cells in the working temperature range 500–800°C. The NiO/YSZ nanostructured anode layers lead not only to a reduction of the polarization resistance of the anode, but also to the formation of denser electrolyte films during subsequent magnetron sputtering of electrolyte.     

YSZ传导膜H_2S固体氧化物燃料电池

研究了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)氧离子传导膜H2S固体氧化物燃料电池性能。掺杂NiS、电解质、Ag粉和淀粉制备了双金属复合MoS2阳极催化剂,掺杂电解质、Ag粉和淀粉制备了复合NiO阴极催化剂,用扫描电镜对YSZ和膜电极组装(MEA)进行了表征,比较了不同电极催化剂的性能和极化过程,考察了不同温度对电池性能的影响。结果表明,双金属复合MoS2/NiS阳极催化剂在H2S环境下比Pt和单金属MoS2催化剂稳定,复合NiO阴极催化剂比Pt性能好,在电极催化剂中加入Ag可显著提高电极的导电性;与Pt电极相比,复合MoS2阳极和复合NiO阴极催化剂的过电位较小,阳极的极化比阴极侧小;温度升高,电池的电流密度与功率密度增加,电化学性能变好。在750℃、800℃、850℃和900℃及101.13 kPa时,结构为H2S、(复合MoS2阳极催化剂)/YSZ氧离子传导膜/(复合NiO阴极催化剂)、空气的燃料电池最大功率密度分别为30 mW/cm2、70 mW/cm2、155 mW/cm2及295 mW/cm2、最大电流密度分别为120 mA/cm2、240 mA/cm2、560 mA/cm2和890 mA/cm2。     

Magnetron formation of Ni/YSZ anodes of solid oxide fuel cells

Physico-chemical and structural properties of nanocomposite NiO/ZrO₂:Y₂O₃ (NiO/YSZ) films applied using the reactive magnetron deposition technique are studied for application as anodes of solid oxide fuel cells. The effect of oxygen consumption and magnetron power on the discharge parameters is determined to find the optimum conditions of reactive deposition. The conditions for deposition of NiO/YSZ films, under which the deposition rate is maximum (12 μm/h), are found and the volume content of Ni is within the range of 40–50%. Ni-YSZ films reduced in a hydrogen atmosphere at the temperature of 800°C have a nanoporous structure. However, massive nickel agglomerates are formed in the course of reduction on the film surface; their amount grows at an increase in Ni content in the film. Solid oxide fuel cells with YSZ supporting electrolyte and a LaSrMnO₃ cathode are manufactured to study electrochemical properties of NiO/YSZ films. It is shown that fuel cells with a nanocomposite NiO/YSZ anode applied using a magnetron sputtering technique have the maximum power density twice higher than in the case of fuel cells with an anode formed using the high-temperature sintering technique owing to a more developed gas-anode-electrolyte three-phase boundary.     

镧改性镍基阳极固体氧化物燃料电池

研究了镧改性镍基阳极的组成与结构及其电化学性能.XRD结果显示,镧可以与氧化镍反应生成LaNiO3,在复合阳极中可以与氧化锆反应生成La2Zr2O7.SEM结果显示,当镧含量为10%（摩尔比）时,复合阳极的颗粒较小,分布均匀;添加镧可以较好地阻止镍与氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）的烧结长大,而且很好地改善镍与YSZ的界面接触;镧改性阳极的微结构得到了明显的改善,大大降低了电池的极化电阻,提高了电池性能,电池在800℃时的最大功率密度由添加前的1.33W/cm2提高到1.61W/cm^2.但当添加过量的镧（20%摩尔比）时,因较多的La2Zr2O7生成,使电池的欧姆和极化电阻明显增加,电池性能降低.     

Comparison of characteristics of solid oxide fuel cells with YSZ and CGO film solid electrolytes formed using magnetron sputtering technique

The work describes the methods of manufacturing single cells of solid oxide fuel cell (SOFC) with thin–film YSZ and CGO electrolytes and also with the bilayer YSZ/CGO electrolyte. Formation of YSZ and CGO films on the supporting NiO–YSZ anode of SOFC was carried out using the combined electron–ionic–plasma deposition technique. The microstructure and phase composition of the formed coatings are studied and also comparative analysis of electrochemical characteristics of single fuel cells with different electrolytes is performed. It is shown that the maximum power density of 1.35 W/cm² at the temperature of 800°C is obtained for the cell with bilayer YSZ/CGO electrolyte. However, the highest performance at lower working temperatures (650–700°C) is characteristic for the fuel cell with single–layer CGO electrolyte; its power density is 600–650 mW/cm².     

复合阳极共烧制备致密La0.7Ca0.3Cr0.97O3-δ连接体薄膜的研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)陶瓷连接材料的低成本薄膜化制备是现在公认的技术难题。为了改善传统NiO/YSZ阳极与LaCrO3基连接材料的共烧匹配性能,将化学性质稳定的Y0.7Ca0.3Cr0.9Zn0.1O3-δ(YCCZ)连接材料创造性地引入到NiO/YSZ阳极中,制备NiO/YSZ/YCCZ(6∶4∶2,m/m/m)三相复合阳极,并进行烧结特性、微观结构、电导率、热膨胀系数等系列性能的对比测试,结果表明NiO/YSZ/YCCZ新型复合阳极具有优良的综合性能。以NiO/YSZ/YCCZ为支撑体,采用浆料浸渍法制备湿膜,1 400℃空气条件下共烧,成功制备致密La0.7Ca0.3Cr0.97O3-δ连接体薄膜。     

中温复合固体电解质SDC-LSGM的制备和性能

采用甘氨酸-硝酸盐法分别制备了Ce0.85Sm0.15O2-δ(SDC)与La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)两种电解质材料, 并用固相混合法将两种材料按不同质量比(SDC与LSGM的质量比分别为9∶1, 8∶2, 5∶5)混合制备复合电解质材料. 采用交流阻抗技术对样品的电学性能进行研究. 实验结果表明, SDC与LSGM的质量比为9∶1(SL91)时, 样品具有较高的电导率, 在350—800 ℃温度范围内其电导率均比SDC的高. 以复合电解质为支撑体, 以Sm0.5Sr0.5CoO3 为阴极、NiO/SDC 为阳极制成单电池, 测试结果显示, 在800 ℃时以SL91为电解质的单电池的最大输出功率密度为0.25 W/cm2, 最大电流密度为1.06 A/cm2. 在电池的工作温度区间(600—800 ℃)内以复合材料为电解质的单电池的开路电压比以SDC为电解质的高.     

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 .