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.}     

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     

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.     

La1-xCexFe1-y-nCoyRunO3三效催化剂的结构表征及催化性能

用溶胶-凝胶法合成了La_1-xCe_xFe_1-y-nCo_yRu_nO₃(x,y=0.1～0.5,n=0.01～0.1)系列催化剂,XRD对晶体结构的表征发现,掺入Ru后基本结构未改变,但2θ值减小,晶胞参数变大.红外光谱分析表明,Ru改性的催化剂对应的特征峰位和峰形基本相似,但随着Ru掺杂量的增加,600cm^-1附近的谱带向高波数方向移动,n=0.01的样品,ν₁和ν₂向低波数方向移动,n=0.05样品的ν₁带出现最大吸收峰.XPS研究表明,掺杂Ru后Fe的外层电荷密度增大,并以多种价态存在;随着掺杂量的增加,表层中的Ce由与氧结合转变为与多羟基结合,其它氧种含量增加,催化活性增强.O₂-TPD结果表明,掺杂Ru使催化剂表面的吸附氧和晶格氧脱附温度降低,A离子空位增加.H₂-TPR研究表明,掺杂Ru使A离子空位增加,晶格氧活动性增强,催化活性提高;La_0.8Ce_0.2Fe_0.7Co_0.2Ru_0.1O₃的催化性能最佳.     

基于La0.6Ca0.4Fe0.7Sc0.1Ni0.2O3-δ氧电极的可逆固体氧化物电池性能研究

本研究制备了10%Sc掺杂的La_0.6Ca_0.4Fe_0.7Sc_0.1Ni_0.2O_3-δ(LCFSN)材料,采用半电池研究了该材料的氧还原催化活性(ORR)和氧析出催化活性(OER),发现LCFSN的ORR催化活性优于OER催化活性。组装了Ni-YSZ((Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92)/YSZ/GDC(Gd_0.1Ce_0.9O_2-δ)/LCFSN全电池并研究了其在燃料电池模式(SOFC)和电解池模式(SOEC)下的电化学性能,电池在800℃以H₂为燃料时的最高功率密度可达1.471 W/cm²,在750℃, 50%H₂O和1.3 V热中性电解电压条件下其产氢速率高达627 mL/(cm²·h...     

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.     

LaMnxFe1-xO3催化剂的制备及其对甲烷燃烧的催化性能

采用共沉淀法,以（NH₄）₂CO₃为沉淀剂制备钙钛矿型催化剂LaMn_xFe_1-xO₃（x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0）,其结构和性能经XRD、 BET、 H₂-TPR、 SEM和TG-DSC表征。以催化甲烷燃烧为目标反应,考察了其催化性能,研究不同量离子掺杂对催化剂性能影响。结果表明：随着Mn离子掺杂量增加,催化剂的比表面积先变大后变小;LaMn_0.2Fe_0.8O₃的比表面积为42.1 m²·g^-1,催化活性最好,起燃温度T_l0%为400 ℃,完全转化温度T_90%为550 ℃。     

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。     

Li1+δNi1-xCoxO2-yFy的合成与电化学性能研究

采用固相反应法在空气气氛下合成了同时掺杂Co阳离子和F阴离子的镍系正极材料Li_1+δNi_1-xCo_xO_2-yF_y(0≤δ≤0.2, 0≤x≤0.5, 0≤y≤0.1),考察了不同来源的镍源为原料对目标材料性能的影响,并采用XRD, SEM, TEM, BET,激光粒度分布,电化学性能测试等手段对该材料进行了表征.结果表明,在正极材料LiNiO₂中同时掺杂Co阳离子和F阴离子后合成的Li_1+δNi_1-xCo_xO_2-yF_y镍系正极材料具有完整的层状结构、均一的表面形貌、较好的粒径分布和良好的电化学性能.在20～25℃,充放电电流为0.15～0.25 mA,截止电压为4.25～2.70 V,充放电速率为0.2～0.5 C,电流密度为0.2～0.5 mA/cm²条件下,LiNi_0.8Co_0.2O_1.95F_0.05的首次充放电容量分别达到165.70 mAh/g和146.10 mAh/g,而且循环稳定性能良好,在恒流充放电循环50次后,其可逆放电容量大于140 mAh/g.这主要归因于具有较高电负性的F阴离子的掺入改善了正极材料的结够稳定性和Co与F离子的协同作用.该正极材料初步显示了实际应用的可能性.     

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。     

Ni-Co、Ni-Cu双金属合金催化剂用于CO甲烷化

以钙钛矿型复合氧化物LaNi_0.9Co_0.1O₃和LaNi_0.9Cu_0.1O₃为前驱体制备了Ni-Co/La₂O₃和Ni-Cu/La₂O₃双金属合金催化剂。结果表明,双金属合金催化剂中,各组分间相互稀释,具有较强的抗烧结性能;催化剂表面的积炭主要取决于CO在催化剂表面的吸附形态,Ni-Co双金属催化剂中,Co掺杂改变了CO在催化剂表面的吸附形式和吸附强度,使得Ni-Co双金属催化剂具有较强的抗积炭性能。Ni-Co双金属合金催化剂用于CO甲烷化反应时,显现出较好的活性、选择性和稳定性。     

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...     

ZrO2包覆高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料提高其循环稳定性的作用机理

高镍三元材料作为一种锂离子电池正极材料,因其较高的放电比容量而得到科学界和工业界的广泛关注。研究表明,高镍三元材料的比容量与材料中的Ni含量呈正相关,但Ni含量的增加也会加剧循环过程中的界面副反应,材料表面释氧以及结构转变等问题。本文采用ZrO₂包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,利用X射线衍射证明,在高温处理下ZrO₂包覆物中的Zr⁴⁺会掺杂进LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料表面晶格中,使得X射线衍射谱中的(003)衍射峰左移。电化学测试证明在4.3和4.5 V的截止电压下,改性最优的材料在1C循环100周后容量保持率分别从84.89%和75.60%提高到97.61%和81.37%,同时发现循环稳定性的提升主要来自材料表面的Zr⁴⁺掺杂。X射线光电子能谱证明Zr⁴⁺表层掺杂后材料的Ni化合价由Ni3+向Ni²⁺转变,透射电子显微镜观察到Zr⁴⁺的表层掺杂使得材料表面的层状结构发生重构,从而稳定了材料体相结构,提高了材料整体的循环稳定性。     

Hydrogen production at intermediate temperatures with proton conducting ceramic cells:Electrocatalytic activity,durability and energy efficiency

Proton conducting ceramic cells(PCCs) are an attractive emerging technology operating in the intermediate temperature range of 500 to 700 ℃.In this work,we evaluate the production of hydrogen at intermediate temperatures by proton conducting ceramic cell electrolysis(PCCEL).We demonstrate a highperformance steam electrolysis owing to a composite positrode based on BaGd_0.8La_0.2Co₂O_6-δ(BGLC1082) and BaZr_0.5Ce_0.4Y_0.1O_...     

Ag/Yb掺杂对Ca3Co3.9Cu0.1O9-δ热电性能的影响

采用溶胶凝胶及冷压方法, 通过在Ca₃Co_3.9Cu_0.1O_9-δ体系中引入不同量的Ag⁺或Yb³⁺离子来调控体系的热电性能, 制备了可在300~880 K下稳定存在且热电性能优良的陶瓷材料Ca_3-xAg_xCo_3.9Cu_0.1O_9-δ(x=0.1, 0.15, 0.2, 0.3)和Ca_3-yYb_yCo_3.9Cu_0.1O_9-δ(y=0.05, 0.1, 0.2, 0.3). 通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对产物进行了表征, 结果显示所制备的样品纯度较高, 晶粒均匀, 晶粒间较致密. 适量的Ag⁺, Yb³⁺离子取代Ca²⁺离子固溶到晶体中使制备的双掺杂材料晶胞体积发生了变化, 但并未引起晶体对称结构的变化. 电阻率和Seebeck系数的表征结果说明双掺杂优化了载流子的浓度, 随着温度的升高电阻率不断减小, Seebeck系数不断增大. 经过计算可知Seebeck系数的增大还有电子有效质量的贡献. 热导率表征结果显示双掺杂体系的热导率随着温度的升高而减小, 其中声子热导依然起主要作用, 这与单掺杂体系的结果一致. 随着温度的升高, 双掺杂样品Ca_2.7Ag_0.3Co_3.9Cu_0.1O_9-δ在880 K下ZT值达到最大, 为0.2.     

Synthesis of spherical LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 cathode materials for lithium-ion batteries by a co-oxidation-controlled crystallization method

Spherical Ni_0.8Co_0.15Al_0.05OOH precursor,prepared by a co-oxidation-controlled crystallization method,was used to synthesize LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂.The obtained LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂ materials showed excellent electrochemical performance,with an initial discharge capacity of 193.5 mAh/g and capacity retention of 95.1%after 50 cycles when cycled at 0.2℃rate between 2.8 and 4.3 V.     

Correlation between hydration properties and electrochemical performances on Ln cation size effect in layered perovskite for protonic ceramic fuel cells

PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+δ(PrBSCF) has attracted much research interest as a potential triple ionic and electronic conductor(TIEC) electrode for protonic ceramic fuel cells(PCFCs). The chemical formula for Pr BSCF is AA’B₂O_5+δ, with Pr(A-site) and Ba/Sr(A’-site) alternately stacked along the c-axis. Due to these structural features, the bulk oxygen ion diffusivity is significantly enhanced through the disorder-free chan...     

LaFe1-xNixO3甲烷燃烧催化剂的制备及其性能研究

采用共沉淀法制备单钙钛矿型催化剂LaFe_1-xNi_xO₃（x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0）系列催化剂,其结构和性能经XRD、 BET、 H₂-TPR和TG-DSC。以催化甲烷燃烧为目标反应,考察不同Ni₂₊掺杂量对催化活性的影响。结果表明：不同掺杂量的Ni₂₊对该系列催化剂性能影响较大,催化活性均呈现先变大后变小的趋势,其中LaFe_0.6Ni_0.4O₃催化剂的比表面积为13.4 m₂·g^-1,催化活性最好,起燃温度T_10%为402 ℃,完全转化温度T_90%为542 ℃。     

表面活性剂辅助合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料

通过添加烷基季铵盐类表面活性剂来调控材料形貌和粒径的改性方法,在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂前驱体合成过程中添加表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),利用尿素作为配合剂和沉淀剂,采用溶剂热法合成LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂前驱体。最后,高温混锂煅烧合成椭球形的空心多孔材料。相比于不添加表面活性剂的样本,改性的材料有着更小的粒径和更加规整的形貌。电化学测试表明,添加DTAB和CTAB之后,首次充电容量分别达到223与251 mAh·g^-1(0.1C)。其中,添加CTAB的样品首次放电容量达到216 mAh·g^-1(0.1C),100次循环后容量保持率为85.1%,高于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的81.7%(0.1C)。表面活性剂的改性显著提高了材料的电化学性能,为高镍三元正极材料的改性提供了一种新的思路。     

LaNi1-xFexO3钙钛矿型氧化物的制备与光催化降解性能

通过溶胶-凝胶法制备系列LaNi_1-xFe_xO₃（x=0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6和0.8）钙钛矿型氧化物光催化材料,采用X射线衍射进行结构表征,以甲基橙的降解率作为催化剂活性的评价指标,探究了实验条件对光催化活性的影响。结果表明,少量掺杂Fe³⁺可提高LaNiO₃的光催化活性,在所有样品中LaNi_0.95Fe_0.05O₃的光催化活性最高;当催化剂用量为1.0 g﹒L^-1时,对浓度为10 mg﹒L^-1的甲基橙溶液的光催化效果最佳,可见光照射120 min的降解率高达98.9%,5次重复使用后的降解率仍可达84.6%,具有稳定高效的重复利用性。