不同含钴阴极在YSZ薄膜电解质固体氧化物燃料电池中的性能

固体氧化物燃料电池阴极材料的阻抗对固体氧化物燃料电池的性能有较大影响.我们通过XRD、对称电池以及单电池性能测试等方法比较系统地研究了4种最为常用的含钴阴极材料直接用于钇稳定化氧化锆（YSZ）电解质薄膜与通过引入SDC夹层后用于YSZ电解质薄膜后的性能.我们发现,不同的含钴阴极材料与YSZ材料之间都不同程度地发生相反应,在应用于YSZ电解质薄膜上时,相反应大大降低了含钴阴极材料的性能,在使用了SDC夹层后,单电池的功率输出显著提高.     

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。     

阴极支撑型固体氧化物燃料电池的制备与测试

采用固相反应法合成A缺位的(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO₃(LSM95)作为阴极材料,Zr_0.9Sc_0.1SO_1.95(SSZ)商业粉体作为电解质材料,溶胶-凝胶法合成的La_0.8Sr_0.2Cr_0.5Mn_0.5O₃-(LSCrM)作为阳极电催化材料,利用流延、共烧结及浸渍法得到结构为LSCrM-CeO₂|SSZ|3YSZ-LSM95的阴极支撑型固体氧化物燃料电池,分别在氢气气氛和甲烷气氛中进行电化学性能测试. 结果表明,浸渍0.11 g·cm ^-2 CeO₂的LSCrM-CeO₂|SSZ|3YSZ-LSM95单电池在以CH₄为燃料时,600、650、700、750和800 ^oC下的功率密度分别为1.68、4.70、12.40、28.08和54.78 mW·cm ^-2,表现出一定的电化学性能和较好的稳定性.     

直接甲烷固体氧化物燃料电池Ni-BZCYYb阳极抗积炭性能研究

直接以甲烷(CH₄)为燃料的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)具有操作系统简单、发电效率高、环境友好等优点,但传统镍基阳极使用CH₄时极易产生积炭,导致电池性能下降甚至破裂。因此,如何有效抑制积炭的产生是目前镍基阳极面临的重要挑战。本文针对传统Ni-Y_0.08Zr_0.92O_2-δ(Ni-YSZ)阳极使用CH₄时存在严重的积炭行为,采用质子导体Ba Zr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O_3-δ(BZCYYb)代替氧离子导体YSZ,考查了Ni-BZCYYb对CH₄水蒸气重整反应的催化活性和抗积炭性能,同时与Ni-YSZ进行比较。以Ni-BZCYYb为阳极的SOFC,在700–600℃、湿CH₄(97%CH₄-3%H₂O)为燃...     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LSM-CBO的制备及性能研究

采用柠檬酸络合法为中温固体氧化物燃料电池制备了La0 .85Sr0 .15MnO3 Ce0 .7Bi0 .3 O2 (LSM CBO)复合阴极材料 ,利用XRD和SEM对材料进行了表征 .结果表明该复合材料在 10 0 0℃以内烧结时不发生反应 ,且在 90 0℃烧结 2h条件下 ,电极与Ce0 .9Gd0 .1O2 (CGO)电解质可形成良好的接触 .复合电极在 70 0℃ ,0 .6V阴极极化电势下处理 96h ,也没有发现可检测到的其它物相 .我们同时使用交流复阻抗谱和直流极化技术研究了电极的电化学性能 ,结果表明氧在电极表面的吸附是阴极反应的速率控制步骤 ,且随着CBO含量的增加电极极化电阻减小 ,最小值达到 2 2 3Ω·cm2 ,出现在掺杂 3 0wt %CBO的LSM复合电极中     

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.     

阴极等离子体电解法制备氧化铝纳米颗粒

以金属铝为阴极材料,以3mol·L-1浓度的NH4NO3水溶液为电解液,采用非对称电极阴极等离子体电解方法制备出氧化铝纳米颗粒.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散谱(EDX)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对颗粒的形貌和结构进行了表征.结果表明颗粒以立方相Al2O3为主.还对放电过程的电流变化和发光现象进行了研究.结合实验结果提出了这种颗粒的生长机制.     

固体氧化物燃料电池Cu-LSCM-CeO2/LSCM-YSZ/Ni-ScSZ复合阳极制备及性能

采用流延法制得LSCM-YSZ阳极支撑层/Ni-ScSZ阳极活性层/ScSZ电解质层复合膜,在LSCM-YSZ支撑层上印刷一层Cu-LSCM-CeO₂阳极催化层,即Cu-LSCM-CeO₂/LSCM-YSZ/Ni-ScSZ功能梯度层阳极. 研究表明,Cu/LSCM/CeO₂质量配比为2:7:1功能梯度阳极（LSCM-YSZ2010）有较好的性能,单电池以氢气和乙醇为燃料（750 ^oC）最大功率密度分别为511和390 mW?cm^-2,单电池稳定性实验表明,LSCM-YSZ2010阳极单电池以乙醇为燃料750 ^oC长时间运行218 h,性能稳定. X-射线能量散射分析表明该阳极具有较好的抗碳沉积性能.     

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...     

磁性纳米复合氧化物固体酸催化剂的制备及酯化性能

固体酸催化剂的无腐蚀、环境友好和可循环使用等特点使其成为无机液体酸的最佳替代物.磁性纳米固体酸具有优于常规固体酸催化剂的催化活性及分离简单的特性.用共沉淀法分别合成了一系列三组分TiO2-Al2O3-Fe3O4(TAF)和CeO2-Al2O3-Fe3O4(CAF)及四组分ZrO2--Al2O3-Fe3O4(ZACF)磁性纳米复合氧化物固体酸催化剂,通过电感耦合等离子体原子发射光谱、比表面积测定、X射线衍射、透射电镜、热重分析和红外光谱等对其进行了表征,并利用酯化反应作为探针反应评价了其催化性能.结果表明,合成的磁性纳米固体酸催化剂在酯化反应中表现出很好的催化活性.     

过渡金属氧化物渗透对LSM-YSZ阴极性能的影响

Transition metal (Mn, Fe, Co, Ni, Cu) oxide was formed in LSM-YSZ cathode by nitrate solution infiltration method. LSM-YSZ/YSZ/LSM-YSZ symmetric cell performance at intermediate temperature range 600～800 ℃ was studied by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). EIS test results showed that the polarization resistances of LSM-YSZ with metal oxide infiltration were much lower than that without metal oxide infiltration, 60%～80% polarization resistance decrease was reached by metal nitrate solution infiltration. The activation energy of oxygen reduction reaction derived from polarization resistance showed that the performance of LSM-YSZ with different metal oxide infiltration has different activation energy decrease, Co nitrate infiltration showed the biggest activation energy decrease. Mn, Fe and Cu nitrate solution infiltrated LSM-YSZ showed good polarization resistance decrease at the tested temperature range.     

复合阴极材料La1-xSrxCuO3-δ-SDC的制备及电学性能

合成具有单相正交钙钛矿结构的La1-xSrxCuO3-δ(x=0.15, 0.2, 0.3, 0.4)系列样品, 碘量滴定法实验结果表明, 随着Sr掺入量的增加, Cu3+离子的含量逐渐增加. 电学性能研究结果表明, La0.7Sr0.3CuO3-δ电导率最高, 与La0.6Sr0.4CoO3-δ相比, La0.7Sr0.3CuO3-δ具有更好的电化学性能, 可作为一种新的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料. 将La0.7Sr0.3CuO3-δ与不同质量比的中温电解质Ce0.85Sm0.15O2-δ(SDC) 固相混合, 制备复合阴极材料, 电化学性能测试结果表明, 掺入适量的SDC有利于降低La0.7Sr0.3CuO3-δ电极的极化, 获得性能更优越的IT-SOFC阴极材料, 提高在中温区单电池的输出功率.     

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.     

LSM-infiltrated LSCF cathodes for solid oxide fuel cells

Mixed ionic-electronic conductors in the family of La_xSr_1–xCo_yFe_1–yO_3–δ have been widely studied as cathode materials for solid oxide fuel cells (SOFCs). However, the long-term stability was a concern. Here we report our findings on the effect of a thin film coating of La_0.85Sr_0.15MnO_3–δ (LSM) on the performance of a porous La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3–δ (LSCF) cathode. When the thicknesses of the LSM coatings are appropriate, an LSM-coated LSCF electrode showed better stability and lower polarization (or higher activity) than the blank LSCF cathode without LSM infiltration. An anode-supported cell with an LSM-infiltrated LSCF cathode demonstrated at 825 °C a peak power density of ～1.07 W/cm², about 24% higher than that of the same cell without LSM infiltration (～0.86 W/cm²). Further, the LSM coating enhanced the stability of the electrode; there was little degradation in performance for the cell with an LSM-infiltrated LSCF cathode during 100 h operation.     

高性能锂-硫电池用复合正极的构造与粘结剂

采用球磨混合及热处理方法制备了含有多壁碳纳米管(MCNTs)的硫基复合正极材料,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测定材料的结构和形貌,较系统地研究了MCNTs含量和粘结剂种类对硫基复合正极容量、循环稳定性和自放电行为等的影响.结果表明:MCNTs的合适含量为5%-8%(w,质量分数),以水性粘结剂环糊精制备的硫基复合正极电化学性能最佳.锂-硫电池在常温和半充电状态下放置30天几乎没有自放电;当电流倍率为0.1C时,β-环糊精为粘结剂的正极初始充电容量为687.7mAh.g-1,100次循环以后可逆容量为623.8mAh.g-1,容量保持率达90.7%.     

Ni/PdO/RuO_2复合型活性阴极的制备与表征

采用热分解氧化法,在Ni基体上制备以PdO为中间层、RuO2为活性层的Ni/PdO/RuO2复合型活性阴极,并通过XPS、XRD、能量色散X荧光(EDXRF)、SEM、极化曲线、循环伏安法和交流阻抗谱等表征其组成、结构与电化学性能。结果表明,Pd和Ru分别以PdO和RuO2的形式存在于Ni/PdO/RuO2复合型活性阴极中,其含量分别为1.25wt%和1.71wt%;在363K、11mol·L-1NaOH溶液、3kA·m-2电流密度下,Ni/PdO/RuO2复合型活性阴极的析氢过电位比Ni电极和Ni/RuO2电极分别低371和125mV;循环伏安法循环72h后,该复合型活性阴极双电层电容值减小30.6%,比Ni/RuO2电极表层结构更稳定;Ni/PdO/RuO2复合型活性阴极的表面粗糙度大且无明显的裂纹存在,与纯镍电极相比,该复合型活性阴极比表面积增加了31.12倍。     

功能碳基复合材料在锂硫电池正极中的应用

碳基复合材料由于结构可变、形貌可调、成分可控,能够展现出优异的理化特性,在能源存储和转化领域具有极大的应用潜力.其中,锂-硫电池作为高效的能源存储和转化器件,长期受困于硫(S)和硫化锂(Li2S)绝缘的瓶颈,亟需开发高导电的储硫载体帮助锂-硫电池实现可逆充放电.研究表明,碳基复合材料具有强的导电能力,且可以通过表/界面...     

In-situ neutron diffraction study of cathode/electrolyte interactions under electrical load and elevated temperature

Fuel cells are proposed as a future energy conversion technology that will reduce greenhouse gas emissions at the point of operation due to their ability to produce electrical energy from non-hydrocarbon fuel sources. The Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is amongst the most efficient fuel cell types, however, due to the high cell operating temperature cation diffusion occurs between the different components of the cell, resulting in rapid degradation of the power output. In this paper we investigate cation migration between the promising intermediate temperature-SOFC cathode La_1−xSr_xCo_1−yFe_yO_3−δ (LSCF) and a fluorite type electrolyte Ce_1−xPr_xO_2−δ (CPO). The crystallographic structure evolution and degradation of the materials were studied by neutron diffraction in-situ under pseudo-operating conditions, i.e. at 600 °C under air and under electrical polarisation. The lattice parameter and cation occupancy evolution were analysed by Rietveld refinement as a function of time and applied potential. The materials were found to be stable, as no impurity formation, lattice parameter or site occupancy evolution was observed during the experiment. However La migration prior to the experiment from LSCF to CPO was observed as well as B-site vacancies in LSCF.