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 .     

PrGa1-xMgxO3作为燃料电池固体电解质的研究

用固相反应法合成了具有正交钙钛矿结构的PrGa1-xMgxO3（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)通过掺杂,样品的电导率显著提高,活化能降低,所有样品均以离子导电为主,其中PrGa0.9Mg0.1O3的氧离子电导率最高,在800℃达到0．05S／cm,PrGa0.8Mg0.2O3的导电活化能量低,为24．19kJ/mol。随着温度的升高,样品的离子迁移数增加,PrGa0.9Mg0.1O3作为电解质的燃料电池在940℃短路电流密度为0．45A／cm^2,最大功率密度达0131W／cm^2,镁掺杂的PrGaO3是一种性能优良的固体电解质。     

碱土金属双掺杂的Ce0.9Ca0.1-xSrxO1.9中温固体电解质的性能与应用

以固相反应方法合成了碱土（Ｃａ，Ｓｒ）双掺杂的氧化铈基固溶体材料Ｃｅ０．９Ｃａ０．１－ｘＳｒｘＯ１．９（ｘ＝０，０．０４，０．０５，０．０６，０．１）。结构研究表明：碱土双掺杂的ＣｅＯ２呈立方萤石结构，利用阻抗谱研究了材料的离子导电性，发现碱土双掇掺杂有利于提高材料离子导电率，掺杂两种碱土金属离子的等效半径接近临界离子半径时导电流最高。将此系列材料作为电解质进行了燃料电池试验，发现电池的输出功率高ＹＳＺ电解质及碱土单掺杂氧化铈，且电池输出开路电压亦高于单掺杂的情况。     

中温固体氧化物燃料电池Sc掺杂锰酸锶镧阴极材料

采用改进的柠檬酸法合成了Sc掺杂的锰酸锶镧(LSM)材料(LSMS), 即La0.8Sr0.2Mn1-xScxO3±δ (简写为LSMSx, x=0, 0.02, 0.05和0.1)复合氧化物. 采用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)及电化学方法分别对合成材料的结构、还原行为及以LSMSx-YSZ(即LSMSx与8%Y2O3掺杂的ZrO2复合物)为阴极的中温固体氧化物燃料电池的性能进行了表征. XRD结果表明,在焙烧温度900 ℃、 Sc掺杂量较低(x<0.1)时LSMS材料能形成纯钙钛矿结构,随着掺杂量和焙烧温度提高, LSMS发生了不同程度的Sc2O3偏析现象. H2-TPR结果表明,焙烧温度对材料还原峰的形状和温度影响较大. 由于Sc的掺杂以及Sc2O3的析出在样品结构中引入了结构缺陷,提高了LSMS中Mn4+和氧空位的浓度,加快了体相氧的迁移,改善了材料的还原性. 但是随着Sc含量和焙烧温度提高, Sc掺杂对样品的还原活性改善不明显,这是由于Sc2O3偏析量增加引起的. 电化学方法表征结果表明, LSMSx-YSZ复合阴极电池性能受Sc掺杂量、操作温度及阴极焙烧温度的影响. 在本研究的掺杂范围内, Sc的掺杂显著提高了LSM基阴极低温操作的性能. 这主要是由于Sc掺杂LSMS-YSZ复合阴极中氧空位的数目增加,导致阴极对氧还原反应的电化学活性提高,改善了LSM基阴极由于氧空位不足引起低温下极化损失严重的问题.     

SrCe0.90Gd0.10O3固体电解质燃料电池性能研究

以固相反庆方法制备了SrCe0.90Gd0.10O3含质子导电的固体电解质,对以该材料为电解质的燃料电池的性能进行了研究。结果表明,电池的输出电压强裂依赖于湿度民,其原因是电池电解质具有复杂的导电机理,通过对其在燃料电池工作气氛下的阻抗谱研究,揭示了该材料导电类型随气氛变化的规律,并从机理上对此实验加以解释,根据实验结果,确定了电解质材料的最佳使用条件。     

固体氧化物燃料电池关键材料及电池堆技术

本文综述了固体氧化物燃料电池的关键材料--电解质、阴极以及阳极材料,总结了目前的研究现状以及今后的发展趋势,阐明了各种材料的作用与意义.按照不同类别比较了各关键材料的优缺点,以及改进各种关键材料的方法与途径,为提高电池各个组件的性能,从而提高固体氧化物燃料电池的整体性能,即电池堆的性能提供参考.另外,本文对中科院上海硅...     

Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_2包覆固体氧化物燃料电池Ni-ScSZ复合阳极制备及性能表征

应用双层流延法制备Ni-ScSZ阳极支撑体-ScSZ电解质复合膜素坯,经共烧结得到复合膜.以硝酸铈和硝酸钆为原料,柠檬酸作燃料,由燃烧合成法制备Gd0.2Ce0.8O2(GDC)包覆的Ni-ScSZ阳极.X-射线衍射(XRD)和电子显微镜(TEM和SEM)分析显示,Ni-ScSZ阳极颗粒表面的包覆层是由直径小于100 nm的GDC微粒构成,并与Ni-ScSZ阳极颗粒紧密烧结在一起.实验表明,2.0%(by mass)GDC包覆的Ni-ScSZ阳极具有较佳的性能,以其组装的单电池在850℃用H2或CH4作燃料的最大功率密度分别是825和848 mW/cm2,而由无包覆的Ni-ScSZ作阳极的单电池,功率密度分别是584和586 mW/cm2.由两种阳极材料组装的单电池,分别在700℃于CH4气氛下作长时间发电实验,发现2.0%(by mass)GDC包覆的Ni-ScSZ阳极比Ni-ScSZ阳极具有较好的抗碳沉积性能.     

中温固体氧化物燃料电池优势和挑战的简要评述

燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的电化学发电装置. 在各种类型的燃料电池中,固体氧化物燃料电池（SOFC）在600~800 ^oC的中温区运行,因此与质子交换膜燃料电池等低温燃料电池相比,它的燃料选择范围更广,具有更广泛的应用前景. 然而,SOFC的商业应用面临着两大挑战：成本和稳定性. 这两种挑战与阳极、阴极、电解质、连接体和密封材料等组件的加工、制备、性能、化学和微结构稳定性密切相关. 电池堆的导管连接材料也需要经过仔细地筛选,以最大限度地降低有毒害的挥发性成分,从而确保电池结构的稳定和完整. 本文旨在简要评述SOFC的材料和组分的研究现状,并提出展望. 本文也对新一代SOFC技术面临的机遇和挑战进行了探讨.     

固体氧化物燃料电池直接以焦炭为燃料的电性能

直接碳固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）是一种潜在的固体碳燃料高效率、低污染发电技术。本研究报道了将工业焦炭直接用作管式DC-SOFC燃料的研究。制备了电极材料为Ag-GDC （钆掺杂氧化铈）的YSZ （钇稳定化氧化锆）电解质支撑型管式固体氧化物燃料电池（SOFC）。采用拉曼光谱、扫描电镜和X射线能谱仪对焦炭燃料进行了性质表征。结果表明,焦炭燃料呈微米级的颗粒状,并含有大量对Boudouard反应有利的缺陷结构。电池以纯焦炭为燃料在850℃取得的最大功率密度为149mW/cm²,在碳燃料表面负载能提高Boudouard反应速率的Fe催化剂后,最大功率密度提高至217mW/cm²。通过电化学测试和尾气表征,分析了恒电流放电过程中电池的性能衰减机制。测试结果证明了将焦炭直接用作全固态DC-SOFC的燃料产生电能的可行性。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Nd2-xSrxCuO4的制备与性能研究

采用固相法合成了类钙钛矿结构的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Nd2-xSrxCuO4(简称NSC,x=0.0～0.1).通过XRD和SEM对材料进行了表征.结果表明该阴极材料与电解质Ce0.9Gd0.1O1.9(CGO)在1 000℃烧结4 h后不发生化学反应,具有良好的化学相容性;且烧结后二者之间能形成良好的接触界面.利用交流阻抗谱研究了电极的性能.发现随着Sr掺杂量的增加,极化电阻逐渐减小,其中Nd1.93Sr0.07CuO4在空气中的极化电阻最小,750℃时仅为0.14 Ω·cm2.700℃时,电极反应的速率控制步骤为电极上发生的电荷转移过程.     

固体氧化物燃料电池最新发展动态——第五届固体氧化物燃料电池国际会议内容介绍

固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）是八十年代迅速发展起来的新型绿色发电技术,以其能量转化效率高,环境友好,燃料适应性强和寿命长等显著优点,引起许多发达国家的重视．根据１９９７年６月在德国亚琛市举行的第五届固体氧化物燃料电池国际会议交流情况和多年来对ＳＯＦＣ的了解,本文对管式、平板式以及其它新型结构的ＳＯＦＣ电池的最新发展动态作以全面的描述．同时对近两年来ＹＳＺ薄膜型和新型固体电解质中温电池的发展热点也作了全面的介绍     

Tailoring Disorder and Dimensionality: Strategies for Improved Solid Oxide Fuel Cell Electrolytes

Towards cooler solid oxide fuel cells: Disorder and dimensionality (see picture) play an important role in determining ion mobility of bulk and artificially nanolayered materials and should be considered in the design of new electrolytes with enhanced conductivity.

     

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.     

高温固体氧化物燃料电池（SOFC）进展

固体氧化物燃料电池(SOFC) 采用的是全固体的电池结构, 不存在液体电解质带来的腐蚀和流失等问题, 而且具有燃料适应性广等突出优点, 近几年发展非常迅速, 已经展示出作为集中或分散发电新技术的前景。本文较详细地介绍了固体氧化物燃料电池的特点、工作原理和关键电池材料的研制, 并全面阐述了国内外发展现状和发展趋势。     

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池

直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池(D-HC SOFC)具有能量密度高和运行成本低等特点,可望在便携式电源等方面得到广泛应用,已成为国际上SOFC领域的研究热点。本文对D-HC SOFC进行了热力学分析,综述了目前国际上在D-HC SOFC研究方面的现状,指出现有的D-HC SOFC研究工作绝大多数都是围绕着如何避免积碳进行。围绕着避免积碳的3条途径即降低工作温度、采用合适的催化剂和促进电化学氧化,对D-HC SOFC研究进行了阐述和讨论。文中还提到一些阳极反应机理方面的研究,并对今后的D-HC SOFC工作提出了作者的观点,认为应该在D-HC SOFC电池组方面和涉及到气体分布的阳极反应机理方面做更多工作。     

Evaluation and Model of Performance of A Tubular Solid Oxide Fuel Cell

Introduction Fuel cells are devices that convert the chemicalenergy into electricity directlyviathe reaction of fuelswith oxidants. They can achieve greater electrical effi-ciency than that obtained from conventional heat en-gines, which is a highly environmentally friendly meth-od of electric power production. Furthermore, addition-al efficiency can be obtained by adding a bottoming cy-cle to recover the heat from the hot gas exhausted froma solid oxide fuel cell(SOFC)[1—3].Planar and tubu…     

Effect of SO2 on Performance of Solid Oxide Fuel Cell Cathodes

Effects of SO₂ in ambient air on the performance and durability of solid oxide fuel cell(SOFC) cathode were evaluated by galvanostatic measurement. Comparison between two cathode materials was made to consider the cathode degradation mechanisms. The degradation performance is associated with a slow decomposition of the La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃(LSCF) due to the segregation of strontium oxide. Negligible deterioration for (La_0.7Sr_0.3)MnO₃ (LSM) cathode was caused by SO₂ poisoning under a current density of 200 mA/cm². Metal sulphate formation may explain a slight deterioration under increasing high the concentration of SO₂. It was verified that the poisoning mechanism for the two cathode materials resulted from the gradual decomposition of the cathode materials.     

直接甲醇燃料电池性能

采用商品Pt-Ru/C和Pt/C催化剂制备成甲醇阳极和氧阴极,Nafion-115为固体电解质膜,组装成面积为9cm^2单电池,研究了电池在放电运转过程中各种操作条件,如温度、氧气压力,甲醇浓度等对电池性能的影响,并考察了电池室温放电性能随时间的变化,发现增加电池的温度和 氧气压力均可明显提高电池性能,在合适的甲醇学及氧气压力下电池在室温具有一定的稳定放电性能。     

以活性炭为燃料的固体氧化物燃料电池(英文)

采用注浆成型法制备了管状电解质支撑的固体氧化物燃料电池(SOFC),电解质材料为YSZ,阳极和阴极材料都采用银.将活性炭不加任何气体直接用作电池的燃料.电池的有效面积为2.5cm2,在800℃时给出最大功率为16mW,其开路电压随温度的变化与理论结果一致.此电池在30mA的恒电流下连续稳定运行了37h,通过电化学反应消耗了加入电池中碳燃料的42%(w),证明了电池的工作是可以自维持的.与使用石墨燃料的SOFC相比,此电池的运行稳定性得到了明显的提高,因为活性炭比石墨具有大得多的微孔率和表面积.电池运行37h后很快衰减,燃料烧结和燃料量减少造成碳表面积减小可能是衰减的主要原因.电化学阻抗谱测试结果表明电池的极化电阻在电池的总损耗中占主导.通过对电池反应机理进行分析,认为发生在阳极/电解质界面的CO电化学氧化反应和发生在碳燃料表面的Boudouard反应构成的循环维持了电池的运行,因此通过添加促进上述两个反应的催化剂,可提高电池的性能.     

高性能Pt纳米管中管电催化剂在甲醇燃料电池中的应用

通过ZnO模板辅助的电沉积方法设计和合成了Pt管中管阵列.作为一种具有利用率高、活性物质传输快的三维结构的电催化剂,Pt管中管阵列显示了高电化学活性面积（64.9 m²/gPt）.与Pt纳米管和商业Pt/C催化剂相比,Pt管中管阵列明显提高了甲醇氧化电催化活性和稳定性.另外,Pt管中管阵列也显示了优越的抗CO毒化能力.这个研究展示了高性能Pt基直接甲醇燃料电池电催化的一个重要进展.