固体氧化物燃料电池流道结构的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)以其燃料使用种类广泛、全固态、可以实现热电联产等特有的优势,广泛应用于家居、商业、工业热电联产和便携式用电设备等领域,是一种极具发展前景的绿色发电装置。连接体是SOFC的重要部件之一,其流道结构直接影响反应气体的利用率以及燃料电池的排水及散热性能,对SOFC的综合性能有很大的影响,是SOFC的一个重要的研究方向。本文概述了SOFC的常见结构及其特点,包括平板式、管式和瓦楞式结构。并综述了近十余年来SOFC流道的设计与研究进展,以期对SOFC的流道结构设计和研究提供参考。     

溶胶-凝胶法制备NixCo1-xCoAlO4尖晶石型复合氧化物及其催化分解N2O性能

用溶胶凝胶法制备了一组Ni_xCo_1-xCoAlO₄尖晶石型复合氧化物,并采用表面润湿浸渍K₂CO₃溶液进行了K掺杂改性,用于有氧气氛下的N₂O催化分解反应.采用N₂物理吸附、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H₂-程序升温还原(H₂-TPR)等技术对催化剂进行了表征,考察了催化剂组成、母液pH值、K负载量等制备参数对其催化活性的影响.结果表明,母液pH值为3、K/(Ni+Co)物质的量比为0.1的K/Ni_0.15Co_0.85CoAlO₄催化剂具有较高的N₂O分解活性,450 ℃ N₂O可完全分解.助剂K的加入弱化了催化剂表面金属氧键,提高了催化剂的还原性、催化活性和抗水性.     

TiO2修饰La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ用于中温固体氧化物燃料电池的阴极

纳米TiO2修饰的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极被直接应用于YSZ电解质电池上. TiO2可阻止LSCF和YSZ间的化学反应,抑制SrZrO3的形成. LSCF-0.25 wt% TiO2阴极电池在0.7 V和600°C下的电流密度是LSCF阴极电池的1.6倍.电化学阻抗谱结果表明, TiO2修饰显著加快了氧离子注入电解质的过程,这可能与TiO2抑制了阴极/电解质界面处高电阻SrZrO3层的形成有关.本文为在ZrO2基电解质上使用高性能的(La,Sr)(Co,Fe)O3阴极材料提供了一种简单有效的方法.     

V/P复合氧化物上C-H键活化的密度泛函研究

选择氧化催化剂通常为多组分复合氧化物.一般认为,高价过渡金属的端末双键氧(M=O)是烷烃活化的中心,而非金属端氧(NM=O)与烷烃活化无关.但近期的理论研究发现,复合氧化物中非金属端氧也可能参与烷烃活化.本文采用密度泛函方法(B3LYP)对比V=O和P=O的脱氢活性,并深入揭示二者的差异. H脱除反应可以视为是质子偶联电子传递的过程.对于V/P复合氧化物, V5+充当电子的受体,而V=O和P=O均可接受质子.由于P=O具有更强的质子化能力,导致PO–H键能比VO–H有利6–10 kcal/mol.对于烷烃活化, V=O和P=O脱氢的能垒均可与反应焓变很好地关联,但二者线性回归的截距相差6.2 kcal/mol,说明在相同的焓驱动下, P=O脱氢需要克服更高的能垒.根据Marcus模型,反应的能垒不仅取决去反应焓变,还与内部重组能有关.计算表明,在脱氢过程中, P=O需克服的重组能为128–140 kcal/mol,比V=O过程高出21–23 kcal/mol.这很好地解释了前面的计算结果.应该指出的是,除了反应热力学驱动和重组能外,在势能曲线相交处的电子耦合作用(?HAB?)亦对能量有一定的影响.丁烷选择氧化制顺酐可能经过2-丁烯,丁二烯,2,5-二氢呋喃和丁烯酸内酯等一系列中间体,共有8个H原子在反应过程中需要脱除.对于丁烷的脱氢, P=O的能垒仅比V=O低1.3 kcal/mol,说明初始反应时二者是竞争的.但对于2-丁烯和2,5-二氢呋喃,二者活化能的差距增加为6–7 kcal/mol,说明这时P=O脱氢将占主导.而对丁烯酸内酯活化,二者活化能的差异又缩小到2.5 kcal/mol,表明V=O又具有一定的竞争力.事实上,这种能垒的差异与端氧的亲核性密切相关.P=O更具亲核性,因此有利于被更具酸性的C–H键进攻.根据Evens的估计,烷烃C–H键的pKa为50左右,而烯丙基性C–H为43.这就很好地解释了为什么2-丁烯和2,5-二氢呋喃更容易和P=O发生反应,而丁烷脱氢二者差异不大的原因.这些理论研究可以加深我们对复合氧化物催化剂上活性位点的认识,并为催化剂的理性设计提供理论支撑.     

氧化还原可逆Nb2TiO7复合阴极电解池高温水蒸气电解研究

系统地研究Nb₂TiO₇与Nb_1.33Ti_0.67O₄材料相互转变的氧化还原循环可逆性能,同时研究Nb2TiO7和Nb_1.33Ti_0.67O₄样品随温度和氧分压变化的电导率,并与复合电极对称电池和电解池的电化学性能相关联. 在830 oC下,对Nb_1.33Ti_0.67O₄复合电极电解池进行水蒸气的电解研究测试. 电流电压曲线和电解池短期性能测试表明在低电压下主要为电极的还原和活化过程;而在高电压下主要为水蒸气的电解. 当3%H₂O/Ar/4%H_{2气体通入阴极时电解池水蒸气电解的法拉第效率为98.9%;而当通入气体转换为3%H2O/Ar时效率为89%.}     

钙钛矿锰氧化物(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7 (x=0, 0.025) 磁性和输运性质研究

采用传统的高温固相烧结法制备了双层钙钛矿锰氧化物(La_1-xGd_x)_4/3Sr_5/3Mn₂ O₇ (x=0, 0.025)多晶样品. 通过X射线衍射仪研究发现样品为Sr₃Ti₂O₇型四方结构, 空间群为I4/mmm; 磁性测量表明, Gd³⁺掺杂后的样品(La_0.975Gd_0.025)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇的三维磁有序转变温度(T_C1^3D)、磁化强度(M)均降低, 这是由于Gd³⁺的掺杂引起晶格的畸变, 从而使得晶格常数发生改变, 减弱了铁磁耦合而导致的; 通过电子自旋共振谱测量发现, 在T_C^3D<T<300 K温度范围内, 两样品在顺磁的基体上均有短程的铁磁团簇存在, 出现了相分离现象. 电性测量表明: 两样品分别在T_C1^3D (La_4/3Sr_5/3Mn₂O₇ 样品的三维磁有序转变温度, T_C0^3D)<T<300 K温度范围内均以三维变程跳跃的方式导电, 分析得出Gd³⁺的掺杂使得载流子局域长度的减小. 这表明载流子需要吸收更多的能量才能克服晶格的束缚进行跳跃, 因此(La_0.975Gd_0.025)_4/3Sr_5/3Mn₂ O₇ 样品的电阻较高.     

稀土氧化物或合金化元素对Ni—Cr—5S合金物理机械性能和摩擦学性…

虽然含硫量为５％的Ｎｉ－Ｃｒ－５Ｓ合金的润滑性能比较好，但由于这种合金中存在着多种ＣｒｘＳｙ型化合物夹杂，故其机械强度受到影响而难以满足实际工况对材料性能和摩擦学性能都比较学的双重要求，为了探求进一步提高Ｎｉ－Ｃｒ－５Ｓ合金综合性能的有效方法，考察了稀土氧化物ＣｅＯ２和Ｌａ２Ｏ３，以及合金化元素铁，钼，铌，钴等以地这种合金之物理机械性能和摩擦学性能成而使其综合性能得以改善，在此基础上，又研制出一种     

二硫化钼润滑失效的单电子转移机理研究

ＭｏＳ２是一种性能优良的固体润滑剂，为了考察它的润滑失效机理，在给定的试验条件下，对其在不同温度大气环境中的氧化状态与活性作了顺磁共振和Ｘ射线光电子能谱分析研究．在Ｍｏ混合氧化物的Ｍｏ３ｄ包络峰中解叠出２组峰，分别归属Ｍｏ６＋，Ｍｏ５＋和Ｍｏ４＋这３种化学状态，Ｍｏ５＋在４ｄ轨道上有１个未成对的电子，这是Ｍｏ氧化物中的一种过渡化合状态，具有４ｄ电子构型和顺磁性，可以在从室温到５００℃范围内稳定存在，而且活性较好，在光电离作用下形成Ｍｏ的终态化合物．因此，ＭｏＳ２在摩擦过程中由于周围环境和摩擦热等多种因素的作用，在摩擦表面生成Ｍｏ６＋而失效，这是一种单电子转多过程     

上海微系统所铋化物半导体材料研究受到国际关注

<正>铋是元素周期表中最重的非放射性元素,与邻近的其它重金属元素相比,毒性最小,被认为是一种"绿色"元素。铋化物半导体材料包括III-V化合物半导体中掺入少量铋原子形成的稀铋材料、Bi2Te3和Bi2Se3等传统热电材料和新型拓扑绝缘体材料以及以BiFeO3为代表的含铋氧化物材料等,具有很多新奇的物理特性,有望取代Cd、Pb、Sb、Hg等有毒重金属元素,成为信息、能源和医学领域中新一代可持续的半导体功能材     

透明导电氧化物的原理、问题与研究分析

现代光电子产品和能源技术都大量使用透明导电氧化物(TCO)薄膜.由于太阳能电池、平板显示器、发光二极管、短波长激光器、节能玻璃窗等应用领域日益增长的需求,TCO薄膜获得了越来越广泛的应用.文章总结了TCO薄膜的功能原理、应用需求和当前的研究方向,重点分析了p型TCO薄膜研究所要解决的关键问题(其中包括掺杂非对称性,性能退化与缺陷的生成,结构和变化的关系),指出了p型TCO薄膜制备的关键因素,研究的热点问题和蕴藏的研究机会.