钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料

固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种高效、洁净的化学电源已经受到各国的重视.钙钛矿型复合氧化物由于其较高的混合导电性和对燃料气较好的催化活性及超强抗积碳能力而越来越被广泛地应用于直接烃类SOFCs的阳极材料中.本文对钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料的最新研究进展进行了较为全面的综述,从阳极的设计要求出发,着重比较了LaCrO3系列、SrTiO3系列和双钙钛矿等阳极材料的稳定性、电导率以及电催化活性,指出了其不足,并对其应用前景进行了展望.     

双钙钛矿型电极材料在中低温固体氧化物燃料电池中的应用

近年来固体氧化物燃料电池(SOFCs)由于高效率(高达80%)、环境友好和燃料适用广泛等优点得到了人们的广泛关注。但是,由于其通常需要1000 ℃以上的工作温度才能达到所需的性能,其商业化及产业化应用受到了严重制约。中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)的研发是固体氧化物燃料电池进一步商业化的必然趋势。降低工作温度(从高温1000 ℃以上降低至中低温500~800 ℃)可提高燃料电池的稳定性、降低电池运行成本、增加系统材料可选性,而研发出中低温下性能优异的燃料电池电极材料是实现固体氧化物燃料电池中低温化的关键。作为混合离子-电子导体材料之一,双钙钛矿型氧化物材料可以成功地将燃料反应活性区域从传统的电极-电解质-反应气体三相界面扩展到整个电极的表面, 进而降低材料的极化电阻并大大提高电极在中低温条件下对氧的催化活性。由于双钙钛矿结构材料良好的氧离子传输能力、较低的热膨胀系数、优异的催化活性、较强的抗硫中毒和抗碳沉积能力,近年来成为非常有发展潜力的SOFCs电极材料。本文综述双钙钛矿型氧化物材料作为SOFCs电极材料的最新研究进展,指出目前双钙钛矿电极材料存在的主要问题,并提出SOFCs未来的主要研究发展方向。     

钙钛矿材料在固体氧化物燃料电池燃料重整中的应用

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）是通过电化学反应将化石燃料（煤、石油和天然气等）、生物质燃料或其它碳氢燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置,能量转换效率更高、污染更低,被公认为21世纪高效绿色能源技术. 但直接以碳氢化合物为燃料时,镍基阳极中容易产生积碳,从而失去电化学催化活性. 在阳极外侧进行一次燃料的预重整是一种行之有效的解决办法,其中高效稳定的重整催化剂至关重要. 本文将结合本课题组的研究进展对钙钛矿催化剂在燃料重整中的应用进行概述,并提出自己相应的观点和展望.     

镧改性镍基阳极固体氧化物燃料电池

研究了镧改性镍基阳极的组成与结构及其电化学性能.XRD结果显示,镧可以与氧化镍反应生成LaNiO3,在复合阳极中可以与氧化锆反应生成La2Zr2O7.SEM结果显示,当镧含量为10%（摩尔比）时,复合阳极的颗粒较小,分布均匀;添加镧可以较好地阻止镍与氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）的烧结长大,而且很好地改善镍与YSZ的界面接触;镧改性阳极的微结构得到了明显的改善,大大降低了电池的极化电阻,提高了电池性能,电池在800℃时的最大功率密度由添加前的1.33W/cm2提高到1.61W/cm^2.但当添加过量的镧（20%摩尔比）时,因较多的La2Zr2O7生成,使电池的欧姆和极化电阻明显增加,电池性能降低.     

稀土改性固体氧化物燃料电池阳极催化材料的制备和表征

采用硝酸盐共分解法制备稀土改性固体氧化物燃料电池阳极催化材料NiOxREγOx。用x射线衍射（XRD）、程序升温还原（TPR）、扫描电镜（SEM）等表征手段考察了材料的物理化学性质。XRD结果表明,添加镧在800℃即会与氧化镍发生反应,而镨则在1400℃与氧化镍发生反应,钐和钆则在两种情况下都没有与氧化镍发生反应。通过添加稀土材料改性,大大降低了氧化镍的粒径,新型催化材料中氧化镍的还原峰向低温方向移动,而添加的稀土材料与氧化镍相互作用,形成一个温度较高的还原峰。结果表明,添加的稀土材料通过与氧化镍相互作用,阻止了制备过程中氧化镍颗粒的长大。     

中低温固体氧化物燃料电池阴极材料

固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种高效的能量转化装置,其成功应用将有效地节约能源和降低能源利用过程中环境污染物的排放,对人类社会的可持续发展意义重大.低温化可加快SOFCs商品化的步伐,而其关键在于开发高性能的阴极材料.本论文对近年来在中低温SOFCs阴极材料方面的研究进展进行了较全面的综述,其中包括Ba0.5S...     

固体氧化物燃料电池阳极材料研究及其在高温水电解制氢方面的应用

本文综述了固体氧化物燃料电池阳极材料的研究现状和进展。详细地介绍了国内外固体氧化物燃料电池阳极材料的制备、改性、微观结构与性能关系以及阳极反应动力学机理,并对各种材料适用的条件和优缺点进行了比较。对阳极材料在高温电解制氢领域阴极上的应用前景进行了展望。     

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%。     

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...     

低温固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池作为新型的能源转换装置,具有高效、清洁、稳定性高、灵活多样等特点,有着良好的发展前景.它的中低温化对于商业应用具有十分重要的意义,现阶段的研究重点主要集中于将操作温度从传统的800-1000℃降低到600℃甚至以下.本文集中介绍了应用于600℃以下的中低温固体氧化物燃料电池,分别从低温电解质、阴极和阳...     

LaGaO3基固体氧化物燃料电池阳极材料Ce1-xTmxO2-δ（Tm=Cu,Mn,Fe）研究

以研究与Sr,Mg掺杂LaGaO3(LSGM)电解质匹配的阳极材料为出发点,系统研究了Ce1-xTmxO2-δ(Tm=Cu,Mn,Fe)固溶体的晶体结构、热化学稳定性、电化学性能和单电池发电实验。柠檬酸法合成的Ce1-xTmxO2-δ化合物在x<0.2时均为单相材料,与LSGM电解质有良好的热化学相容性。采用交流阻抗法研究了阳极材料的电化学性能,金属元素掺杂可以显著地改善CeO2电化学性能,Fe元素掺杂阳极材料极化电阻最小,随着元素掺杂量的增加以及氢气增湿,极化电阻减小。采用电解质支撑结构单电池进行发电实验,在800℃时,以Ce0.8Fe0.2O2-δ作为阳极的单电池最高功率密度可达98 mW.cm-2,表明该材料作为IT-SOFC的阳极材料具有一定的可行性,有望成为适合LSGM电解质的阳极材料。     

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。     

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。     

Pr1－xSrxAlO3－δ的合成及其作为固体氧化物燃料电池阴极的性能研究

采用固相反应法合成了一系列样品Pr_1－xSr_xAlO_3－δ (x＝0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5). XRD结果表明, Sr在A位上的固溶度约为20%; 利用交流阻抗法测量了样品的电导率, 结果表明, 电导率随着Sr掺入量的增加而增大, Pr_0.8Sr_0.2AlO_3－δ的电导率最大, 在850 ℃达到0.02 S/cm; 离子迁移数的测试结果说明, Pr_1－xSr_xAlO_3－δ为离子电子混合导体; 考察了它们作为固体氧化物燃料电池(SOFCs)阴极的性能, 极化曲线和阻抗的测试结果表明, 阴极性能随着Sr掺入量的增加而提高; 阴极稳定性测试结果表明, 在测量时间范围内, 阴极过电位随时间缓慢下降.     

工业尺寸固体氧化物燃料电池高效及阳极安全运行条件研究

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)是一种清洁高效的能源转化装置, 如何提高SOFC的发电效率, 并保证阳极不发生局部氧化, 是工业界与学术界的焦点问题之一. 建立了工业尺寸SOFC的效率测试与评价方法, 通过对比多组高燃料利用率下的电池效率测试结果, 发现在相同燃料利用率下, 电压会随电流的增大而下降. 因此, 较低的电流有利于达到更高的效率, 较大的电流则有利于输出更高的功率. 此外, 研究了高燃料利用率下放电时电压波动与阳极局部氧化的关联, 通过分析阳极Ni的临界氧化条件, 提出了避免发生阳极局部氧化的电池安全运行条件: 电池的输出电压应高于Ni的临界氧化电动势. 基于所采用的电池和测试参数, 发现在各个电流及温度下, SOFC发电效率大于50%时, 对应的燃料利用率一般在77%~90%这一区间内, 当燃料利用率为87.10%时, 电池具有最大的发电效率. 尽管对于不同材料、结构和制备工艺的SOFC, 其最高效率所对应的工况会有所差异, 但所提出的效率测试及评价方法和阳极安全运行的判断条件具有一定的普适性, 可以根据实际需求中高功率、高效率及长期稳定运行的重要程度, 确定相应的高效及阳极安全运行条件.     

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．     

生物质气为燃料的燃料电池理论电动势计算

The electromotive force (e.m.f.) of solid oxide fuel cells using biomass produced gas (BPG) as the fuels is calculated at 700-1,200 K using an in-house computer program, based on thermodynamic equilibrium analysis. Tour program also predicts the concentration of oxygen in the fuel chamber as well as the concentration of equilibrium species such as H2, CO, CO2 and CH4. Compared with using hydrogen as a fuel, the e.m.f.for cells using BPG as the fuels is relative low and strongly influenced by carbon deposition. To remove carbon deposition, the optimum amount of H2O to add is determined at various operating temperatures.Further the e.m.f, for cells based on yttria stabilized zirconia and doped ceria as electrolytes are compared.The study reveals that when using BPG as fuel, the depression of e.m.f, for a SOFC using doped ceria as electrolyte is relatively small when compared with that using Yttria stabilized zirconia.