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.     

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.     

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。     

Gd0.2Ce0.8O2包覆LaNi0.6Fe0.4O3-δ阴极制备及性能

应用丝网印刷和共烧结制备LaNi0.6Fe0.4O3-δ/Sc0.1Zr0.9O1.95/LaNi0.6Fe0.4O3-δ对称电池.以硝酸铈和硝酸钆为原料,柠檬酸作燃料,燃烧合成Gd0.2Ce0.8O2(GDC)包覆的LaNi0.6Fe0.4O3-δ(LNF)阴极.实验表明,在750oC工作温度下,纯LaNi0.6Fe0.4O3-δ阴极的极化电阻为0.70Ω.cm2,而21.3%(by mass,下同,如无特殊标注均为质量分数)GDC包覆的LNF-GDC复合阴极的极化电阻最小(0.13Ω.cm2),活化能最低(136.80 kJ.mol-1),故其阴极性能最佳.GDC的包覆加速了气体/阴极/电解质三相界面反应区的扩散过程,降低了阴极极化电阻.     

Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)纳米颗粒对固体氧化物电解池La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)阳极析氧反应的影响（英文）

化石燃料的使用排放了大量CO_2,对气候和环境造成了日益严重的危害.固体氧化物电解池(SOEC)能够利用可再生能源产生的电能将CO_2高效转化成CO,降低CO_2排放的同时,又能减少化石燃料的使用,近年来受到研究者的广泛关注.相比于低温液相CO_2电还原,SOEC高的运行温度保证了其较高的反应速率,即较高的电流密度.典型的SOEC单电池由多孔阴极、致密电解质和多孔阳极以三明治的方式组装而成.CO_2分子在阴极得到两个电子解离成CO和一个O_2~-;生成的O_2-通过致密电解质传导至阳极,在阳极失去四个电子发生析氧反应(OER)生成一个O_2.相比于两电子的阴极反应,阳极四电子的析氧反应更难进行,可能是整个电极过程的速控步,因此开发高性能的阳极材料有望显著提高SOEC的CO_2电还原性能.La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)因具有较高的混合离子-电子导电性而被用作SOEC阳极材料,但受LSCF-气体两相界面的限制,其OER性能较低.研究表明,LSCF-掺杂的Ce O2-气体所构成的三相界面相比于LSCF-气体两相界面具有更高的电化学反应活性,即OER反应更易在三相界面进行.因此,本文将Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)纳米颗粒浸渍到SOEC LSCF阳极来提高其OER活性,考察了纳米颗粒浸渍量(3,5,10和20 wt%)对SOEC电化学性能的影响.结果表明,SOEC的电化学性能随浸渍量的增加而逐渐升高,当GDC纳米颗粒浸渍量为10 wt%时(10GDC/LSCF),SOEC的电化学性能达到最高,在800 oC和1.6V的电流密度为0.555 A cm~(-2),是LSCF阳极SOEC性能的1.32倍.继续增加浸渍量到20 wt%,电化学性能反而开始下降.电化学阻抗谱测试结果表明,GDC纳米颗粒的加入减小了SOEC的极化电阻.对应的弛豫时间分布函数解析结果表明10GDC/LSCF阳极上的OER由四个基元反应构成.电镜和O_2~-程序升温脱附结果表明,GDC纳米颗粒的加入显著增加了10GDC/LSCF阳极三相界面和表面氧空位的数量以及体相氧的流动性,从而促进了OER四个基元反应的反应速率,降低了这几个过程的极化电阻,因而降低了OER反应的极化电阻,提高了SOEC电还原CO2的电化学性能.     

双过渡层阴极对流延法制备的阳极支撑直接碳固体氧化物燃料电池性能的改善作用

采用流延法制备了阳极支撑的固体氧化物燃料电池(SOFC),电解质材料为钇稳定化氧化锆(YSZ),阳极为镍和YSZ构成的金属陶瓷(Ni-YSZ),阴极为LSCF-GDC/LSCF复合材料,同时在阴极与电解质之间制备了YSZ-GDC/GDC双过渡层。分别采用含3%的加湿H_2和活性炭为燃料,对此电池的输出性能及阻抗谱进行测试。采用加湿H_2测试的结果表明:在800℃下,采用双过渡层电池的开路电压达到1 V,最大功率密度为680 mW·cm~(-2),比未改良电池的最大功率密度(372 mW·cm~(-2))提高了83%。直接采用固体碳为燃料时,具有双过渡层阴极的电池在850℃时的开路电压达到0.95 V,最大输出功率密度达429 mW·cm~(-2),几乎比无过渡层阴极的电池(225 mW·cm~(-2))高出1倍,特别是双过渡层阴极还使直接使用碳燃料的SOFC(DC-SOFC)的燃料利用率提高了33%。     

微生物燃料电池多孔阳极的制备及阳极改性研究

以石墨粉为阳极基体,使用相转换法,制备了一种孔隙梯度分布的多孔阳极材料。将这种阳极组装为双室型微生物燃料电池进行电化学性能测试。另外,在阳极中添加了10%石墨质量比的聚苯胺,对阳极进行改性。相转换的改性方式能够使聚苯胺与阳极颗粒均匀混合,保证了改性的效率。电化学测试结果表明,单纯石墨阳极的功率密度为26.3mW·m~(-2)。而添加了聚苯胺后,功率密度提高到了80.2mW·m~(-2)。阻抗谱测试也显示,添加聚苯胺后的阳极,其欧姆阻抗与界面阻抗均有一定程度的降低。     

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。     

中温平板型固体氧化物燃料电池研究

采用流延法制备Ni/YSZ阳极支撑体 YSZ电解质复合膜素坯.经等静压,共烧结而得到的复合膜,其YSZ电解质层的厚度在1530μm之间,面积大于100cm2.再将由柠檬酸盐法合成的Ce0.8Sm0.2O1.9(CSO)和固相法合成的La0.6Sr0.4CoO3(LSCO)相继沉积到YSZ膜上形成有CSO中间层的复合阴极,从而构成Ni/YSZ/CSO/LSCO的中温平板型固体氧化物燃料(单体)电池,其中Ni/YSZ为阳极,CSO是中间层,LSCO为阴极.以H2作燃料气,O2为氧化气,850℃下,该单电池开路电压达1.1V,最大输出功率密度0.2W/cm2.本文还对该单电池复数阻抗谱进行了分析讨论.     

中温固体氧化物燃料电池高氧电催化活性BaCe_(0.5)Fe_(0.4)Co_(0.1)O_(3-δ)阴极材料的研制

以Ba(NO_3)_2, Ce(NO_3)_3·6H_2O, Fe(NO_3)_3·9H_2O, Co(NO_3)_2·6H_2O等为原料,通过EDTA-柠檬酸法合成出BaCe_(0.5)Fe_(0.4)Co_(0.1)O_(3-δ)(BCFC)阴极粉体,并制得烧结体,对BCFC粉体和烧结体的相组成,微观组织和氧还原过程等进行测试分析;以BCFC作阴极, Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)(SDC)为电解质,NiO-SDC为阳极,组装对称电池和单电池,并进行电化学性能测试分析。实验结果表明:所合成的BCFC粉体原位产生BaCe_(0.15)Fe_(0.75)Co_(0.1)O_(3-δ)和BaCe_(0.85)Fe_(0.05)Co_(0.1)O_(3-δ)两相; BCFC在700℃时的表面氧交换系数(K_(chem))为3.8×10~(-4) cm·s~(-1)。对称电池在600℃的比表面电阻(ASR)为0.819Ω·cm~2,400 h长期性测试和10次热震循环试验后, ASR保持在1.6Ω·cm~2左右;单电池在700和650℃时的最大功率密度分别为290和204 mW·cm~(-2),对应的开路电压分别为0.80和0.82 V。初步研究结果表明BCFC应用于中温固体氧化物燃料电池具有良好的电化学性能和稳定性。     

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%。     

天然气中温SOFC阳极材料铒掺杂的氧化铈的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阳极材料Ce_1-xEr_xO_y(x=0.00,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30)(EDC),并采用共压-共烧结法制备了以NiO-EDC复合阳极为支撑、以Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ(GDC)为电解质、以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EDC进行了晶相结构、微观形貌和化学相容性等分析。在400~700 ℃范围内,以加湿天然气(3% H₂O)为燃料气,氧气为氧化气测试了电池的电化学性能。结果表明：EDC阳极材料具有良好的孔道结构;11种不同阳极组成的单电池中50%(质量分数)NiO-50%(质量分数)Ce_0.85Er_0.15O_y(E15C85)阳极支撑的单电池具有最佳的电化学性能,在650 ℃时其最大电流密度为117.84 mA·cm^-2和最大比功率为24.37 mW·cm^-2。     

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．     

单室固体氧化物燃料电池阴极材料La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3的电化学性能研究

采用高温固相法制备了La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3(LSCM)并利用XRD,SEM以及电化学阻抗谱(EIS)分别对粉体及电极进行研究。结果发现LSCM在C3H8-O2-N2混合气氛下能够保持很好的高温化学稳定性,且与电解质材料YSZ在1400℃空气气氛下不发生化学反应。电化学测试结果表明,阳极支撑型单室固体氧化物燃料电池Ni-YSZ|YSZ|LSCM在700℃、C3H8-O2-N2混合气氛下的短路电流密度达317 mA·cm-2,最大功率密度73 mW·cm-2。将LSCM与CGO形成梯度阴极,相同测试条件下,单室电池的短路电流密度为560 mA·cm-2,功率密度达到110 mW·cm-2,电池输出性能提高约50%。     

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。     

Preparation and Properties of Doped Lanthanum Gallate Film on a Ni/SDC Porous Anode Support

IntroductionIn intermediate-temperature solid oxide fuel cells(SOFCs),doped ceria with a fluorite structure anddoped lanthanum gallate(LSGM)with a perovskitestructure are commonly used as electrolyte materials.However,the former easily exhibits an electro…     

Nickel-cermet anode for fuel cells with the LSGM electrolyte

The effect of some technological parameters (firing temperature, thickness of an interphase layer made of solid electrolyte Ce_0.82Gd_0.18O_1.91 (GDC), the GDC electrolyte amount in nickel-cermet) on the electrochemical and electric properties of a nickel-cermet (Ni-GDC) anode intended for fuel cells with the La_0.88Sr_0.12Ga_0.82Mg_0.18O_2.85 (LSGM) electrolyte is studied. The polarization resistance of such an electrode is shown to hardly depend on the thickness of the interphase layer (4.5–23.5 μm) and the GDC electrolyte amount in nickel-cermet and to increase with the anode firing temperature. It is established that the contact resistance is concentrated in cells with the developed nickel-cermet electrode at the GDC/LSGM interface. At a temperature of 700°C the developed anodes may ensure a current density of 1 A cm^?2 at an overvoltage of less than 100 mV when using both moist hydrogen and a methane-oxygen mixture as the fuel.     

Dip-coating and co-sintering technologies for fabricating tubular solid oxide fuel cells

A dip-coating method to fabricate anode-supported tubular solid oxide fuel cells has been successfully developed. The length, outside diameter, and thickness of the single cell are 10.8 cm, 1.0 cm, and 0.6 mm, respectively. The area of the cathode is 15–16 cm² (cathode length = 4.8 cm). The cell consists of a Ni-YSZ anode support tube, a Ni-ScSZ anode functional layer, a ScSZ electrolyte film, a LSM-ScSZ cathode functional layer, and a LSM cathode current collecting layer. A preliminary examination of the single tubular cell has been carried out and an acceptable performance was obtained. The maximum power density was, respectively, 325, 276, 208, and 168 mW cm⁻² at 850, 800, 750, and 700 °C, when operating with humidified hydrogen.     

Enhanced power production of microbial fuel cells by reducing the oxygen and nitrogen functional groups of carbon cloth anode

The physicochemical properties of anode material are important for the electron transfer of anode bacteria and electricity generation of microbial fuel cells (MFCs). In this work, carbon cloth anode was pretreated with isopropanol, hydrogen peroxide (H₂O₂) and sodium hypochlorite (NaOCl) in order to reduce the anode functional groups. The influence of functional groups on the electrochemical properties of carbon cloth anode and power generation of MFCs was investigated. The anode pretreatments removed the surface sizing layer of carbon cloth and substantially reduced the contents of C‐O and pyridinic/pyrrolic N groups on the anode. Electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry analyses of the biofilm‐matured anodes revealed an enhanced electrochemical electron transfer property because of the anode pretreatments. As compared with the untreated control (612 ± 6 mW m^?2), the maximum power density of an acetate‐fed single‐chamber MFC was increased by 26% (773 ± 5 mW m^?2) with the isopropanol treated anode. Additional treatment with H₂O₂ and NaOCl further increased the maximum power output to 844 ± 5 mW m^?2 and 831 ± 4 mWm^?2. A nearly inverse liner relationship was observed between the contents of C‐O and pyridinic/pyrrolic N groups on anodes and the anodic exchange current density and the power output of MFCs, indicating an adverse effect of these functional groups on the electricity production of anodes. Results from this study will further our understanding on the microbial interaction with carbon‐based electrodes and provide an important guidance for the modification of anode materials for MFCs in future studies. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.