固体氧化物燃料电池密封材料的研究进展

本文对固体氧化物燃料电池(SOFC)密封材料的研究进展作了介绍,分别对硅酸盐体系、硼酸盐体系、磷酸盐体系以及云母玻璃密封材料的研究进展情况给予阐述,对每种密封材料的特点和存在的问题进行了详细的论述,并指出通过控制玻璃的析出行为制备微晶玻璃密封材料是今后SOFC密封材料的主要研究方向.     

柠檬酸法制备固体氧化物燃料电池阳极材料Ni/SDC

采用硝酸盐-柠檬酸法合成出不同NiO含量的NiO/Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(NiO/SDC)复合粉体,借助差热热重、XRD等对粉体的形成条件和相组成等进行了分析,并对粉体的比表面、粒度等进行了测定.由NiO/SDC粉体制备出固体氧化物燃料电池Ni/SDC金属陶瓷阳极材料,并对其微结构及相关性能进行了测试分析.结果表明:硝酸盐-柠檬酸法可以在较低的温度下合成出高比表面积的NiO/SDC粉体.制备的Ni/SDC阳极材料具有均匀细小的晶粒度和孔隙,以及高的电导率.1350 ℃烧结含55;NiO的NiO/SDC烧结体还原后所得Ni/SDC试样的孔隙率和电导率(700 ℃,H_2中)分别为38;和1825 S·m~(-1).     

GDC浸渍LSCF纤维作为固体燃料电池阴极的制备与表征

采用静电纺丝法制备出均一稳定的LSCF纤维,经过800℃煅烧后形成了纯钙钛矿晶相,并将其构建SOFC阴极.为了减少阴极的极化阻抗,采用Ce09Gd01O195(GDC)浸渍纤维状La06Sr04Co02Fe08O3-δ(LSCF)阴极制备了LSCF-GDC复相阴极.通过SEM和EDS能谱表征,LSCF-GDC复相阴极是由纤维网络状LSCF和纳米GDC晶粒构建而成的.采用对称阴极电池(LSCF+ GDC ‖ GDC ‖ LSCF+ GDC)测试表明,这种结构的复相阴极具有较低的阻抗和较高的电化学性能.实验表明GDC的浸渍量与复相阴极的电化学性能密切相关,在空气气氛和750℃工作温度下,当GDC与LSCF质量比分别为0∶1、0.17∶1、0.38∶1、0.54∶1时,复相阴极的阻抗分别为0.68 Ω·cm2、0.21 Ω·cm2、0.09Ω·cm2、0.27 Ω·cm2;GDC与LSCF的质量百分比为0.38∶1时,该复相阴极的阻抗最低,在工作温度分别为650℃、700℃和750℃下,其阻抗值分别为0.52 Ω·cm2、0.21 Ω·cm2和0.09 Ω·cm2.     

钛硅复合氧化物晶体结构及光催化性能研究

用溶胶-凝胶法制备了TiO2和钛硅复合氧化物,对样品进行了X射线衍射(XRD)、比表面积测试(BET)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)分析,并以甲基橙为模拟污染物,考察了其光催化性能.结果发现,添加硅能有效的阻碍TiO2晶型转变,抑制TiO2晶粒生长,细化晶粒,增大粒子的比表面积,加入硅还能使TiO2带隙能增加,使其具有更强的氧化还原能力;钛硅复合氧化物具有较高的光催化活性,当煅烧温度为900℃,添加硅的摩尔分数为20;时,光催化活性最佳.     

CeO2基固体氧化物燃料电池连接体薄膜的双层共烧制备研究

为了改善CeO2基SOFC阳极与LaCrO3基连接材料的共烧匹配性能,本研究将少量CeO2粉体添加到La0.7Ca0.3CrO3-δ连接材料中作为烧结助剂.相关性能测试表明CeO2的引入可以显著提高La0.7Ca0.3 CrO3-δ在空气条件下的烧结和电导性能,完全可以满足中温SOFC连接材料的性能要求.以NiO/SDC(质量比6∶4)为阳极支撑体,采用浆料浸渍涂膜工艺制备La0.7Ca0.3CrO3-δ +2; CeO2(质量比)连接体湿膜,1400℃空气条件下双层共烧,成功获得致密连接体薄膜.     

LaBaCo2O5+δ-Co3O4复合阴极的制备及电化学性能研究

以La2O3、BaCO3和Co2 O3为原料,通过球磨、干燥、过筛得到混合粉末,在不同温度分别煅烧2小时,通过晶体结构的表征和分析得出固相反应的最佳温度.将最佳煅烧温度得到的LaBaCo2 O5+δ粉末和Co3 O4粉末通过机械混合法制备成中温固体氧化物燃料电池的LaBaCo2 O5+δ-Co3 O4复合阴极粉末,并对两者之间的化学相容性进行表征.单电池的极化电阻及输出功率分别通过电化学工作站进行测试.实验结果表明:LaBaCo2 O5+δ固相反应的最佳温度约为1200℃,LaBaCo2 O5+δ和Co3 O4之间具有良好的化学相容性.与LaBaCo2 O5+δ阴极相比,LaBaCo2 O5+δ-Co3 O4复合阴极组成的单电池具有较低的欧姆电阻和极化电阻以及较高的输出功率密度,表现出更好的电化学性能.     

锌型复合无机抗菌材料的制备及性能研究

运用溶胶-凝胶法制备出二氧化硅载体,采用液相浸渍法制备得到锌型复合无机抗菌材料.结合响应曲面方法,考察了Zn2+浓度、pH和Tb3+浓度对材料抗菌率的影响,选取了较优制备条件:Zn2+浓度为0.3 mol·L-1,pH值为9,Tb3+浓度为0.01 mol·L-1.以大肠杆菌为菌种,通过稀释涂布平板法,对材料进行抗菌性能检测,抗菌结果表明,掺杂Tb3+后材料抗菌率从76;提高到97;,较优样的最小杀菌浓度为5.5 g/L.通过XRD、FTIR、SEM、EDS和BET方法对材料的结构进行表征,结果表明:载体二氧化硅为无定形态,材料中主要的抗菌成分是纤锌矿结构的ZnO,且呈絮状和花瓣状生长,锌元素质量分数为16.96;,掺杂铽元素后材料的比表面积明显增大,增加了材料与细菌的接触面积,从而抗菌性能显著提高.     

原料NiO粉末对燃料电池Ni/SDC阳极材料微结构和性能的影响

分别采用商用氧化镍和煅烧碱式碳酸镍所得氧化镍粉末与Ceo.8Smo.2O2-δ(SDC)粉末混合,经压制烧结制得燃料电池NiO/SDC阳极烧结体,经H2还原后得到Ni/SDC金属陶瓷阳极材料,考察了不同NiO原料和加入量对阳极烧结体和阳极材料的微结构及相关性能的影响,还对以Ni/SDC为阳极构建的燃料电池单电池的性能进行了测试.实验结果表明:煅烧碱式碳酸镍所得NiO粉末和商用NiO粉末的平均粒径分别约为1.1 μm和8μm,前者更为均匀细小;由煅烧碱式碳酸镍所得NiO所制备的Ni/SDC阳极材料具有更高的电导率,含40; NiO的阳极材料(S-Ni/40SDC),在H2气氛中的电导率可达117.5 S·cm-1.以煅烧碱式碳酸镍所得的NiO制备的NiO/SDC为阳极,SDC为电解质,(Y0.5Ca0.5) BaCo3ZnO7-50SDC为阴极的单电池在700℃下的最大输出功率达225 mW/cm2,开路电压为0.85 V,电池性能优于以商用NiO为阳极原料所构建的单电池.     

制备参数对钙钛氧化物薄膜的微结构和性能影响

利用钛酸丁酯-氯化钙-无水乙醇体系通过溶胶-浸渍提拉法制备了钙钛氧化物薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS),荧光光谱仪和紫外-可见分光光度计等技术对薄膜的结构,形貌及元素成分和光学性能进行了分析.结果表明:当n(钛酸丁酯)/n(乙醇)为1∶15时,制备得到了光学性质良好(价带较宽)的钙钛氧化物薄膜.随着焙烧温度升高到550℃,薄膜的结晶强度不断增加,薄膜主晶相由CaTiO3相转化为层状结构CaTi2O4(OH)2主晶相,该薄膜呈现多孔结构,从而使光学特性进一步增强.     

氟改性TiO2的制备及光催化性能研究

以钛酸丁酯为钛源,氟化铵为氟源,采用溶胶凝胶法制备氟改性二氧化钛光催化剂,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光分度计(UV-Vis)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光荧光光谱仪(PL)、氮气吸附-脱附等方法对样品进行表征.以甲基橙(MO)为模拟污水,研究其光催化活性.结果 表明:F改性TiO2为纳米锐钛矿相,比表面积为141 m2/g.F以化学吸附态存在于TiO2的表面,形成(=)Ti-F基团,F的加入使得TiO2的吸收带边发生了红移,在甲基橙浓度为20 mg/L,紫外光照射时间为80 min时,F改性TiO2的脱色率最大达到了97;,具有较高的光催化活性.     

SOFC多层复合阴极的制备及性能

为了提高固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能和热循环性能,避免La0.7Sr0.3MnO3-σ(LSM)在制备及工作温度下与氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电解质发生反应,增大电化学反应电阻,降低SOFC的性能,采用喷涂法在YSZ电解质片的表面制备了LSM-YSZ的多层复合阴极。从电解质表面开始,各层LSM所占比例依次为40%、70%和100%(质量分数)。结果表明:复合阴极材料的热膨胀系数随着LSM含量的增加而增大,仍与YSZ电解质的热膨胀系数比较接近。阴极极化曲线的测量结果表明,多层复合阴极LSM-YSZ与单层LSM阴极比较,具有更好的电化学性能和更加稳定的热循环性能。     

SOFC阳极阻挡层La0.3Ce0.7O2-δ薄膜的制备

镓酸镧基SOFC存在的关键问题是在阳极/电解质界面发生固相反应生成绝缘相,一个根本的解决办法是在阳极与电解质之间制备一层薄且致密的阻挡层La0.3Ce0.7O2-δ(LDC30).本文采用共沉淀法制备了LDC30的前驱体,高温煅烧后,通过XRD分析和粒度分布测试,表明La2O3成功地掺杂到CeO2晶格中,制得了粒径较小的纯相LDC30粉体,并确定了最佳的煅烧条件是在1000℃下煅烧2h.采用丝网印刷法将阻挡层浆料涂覆在电解质表面并高温烧结,通过烧结收缩曲线及微观形貌观测,发现在1400℃时烧结2h可以成功的制备一层厚约10μm的致密的阻挡层薄膜,将电池的放电性能提高了44;.     

多孔碳化棉复合SnO2锂离子电池负极材料的制备及性能研究

以脱脂棉为原料通过Mg2+模板法获取多孔碳化棉结构,再通过水热法在其表面及内部孔隙负载SnO2颗粒,获得多孔碳化棉与SnO2颗粒的复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、X射线衍射分析(XRD)分析材料的微观形貌,利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试评价其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,通过Mg2+模板法获取负载有SnO2颗粒的多孔碳化棉结构作为负极材料时,在300 mA/g的电流密度下,其容量在100圈后仍维持在500 mAh/g,是一种前景较为理想的锂离子电池负极复合材料.     

负极材料Li4Ti5O12的制备与性能研究

利用纳米二氧化钛(P25)粉为钛源,Li2CO3为锂源,采用固相法及高能球磨法制备亚微米级尖晶石Li4Ti5O12.将Li4Ti5O12与碳纳米管(CNTs)制备成复合电极作为工作电极与锂片组成电池进行电化学性能测试.通过SEM,XRD等表征材料形貌、结构及粒径分布,通过充放电测试表征其电化学性能.结果表明,在800℃合成温度及8h合成时间制备条件下可以得到小尺寸且颗粒均匀的亚微米晶体Li4Ti5O12,且合成的产物电化学性能最佳.在800℃及8h合成条件下,产物首次充放电容量分别为188.0 mAh/g和189.1 mAh/g,首次充放效率为99.4％,且具有良好的可逆性.     

花状NiCo-LDH/CB复合材料的制备及其电化学性能研究

以乙醇为溶剂,采用溶剂热法制备了三维花状层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxides, LDH)与炭黑(Carbon Black, CB)复合的复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和形貌进行表征,并通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电研究了材料的电化学性能。结果表明,作为超级电容器电极材料,所制备的NiCo-LDH/CB和NiCo-LDH/CB-D电极在1 A·g^-1电流密度下的比电容分别为1 520 F·g^-1和2 127 F·g^-1,即使在7 A·g^-1高电流密度下,其比电容仍可达1 438 F·g^-1和2 011 F·g^-1,容量保持率为94.6%和94.5%。与单纯的花状NiCo-LDH相比,CB的引入明显提升了材料的电化学性能。     

WS2/MgAl-LDH复合材料的制备及其光催化性能研究

采用两步水热法制备了WS₂/MgAl-LDH(水滑石)复合材料,通过X-射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱仪等测试分析,表明在MgAl-LDH层间原位合成了WS₂纳米粒子。将该复合材料作为催化剂来降解150 mg/L,pH值为3的甲基橙溶液,其结果是:在模拟可见光条件下辐照75 min,该甲基橙溶液的降解率超过80%,且循环性能优异。由此表明,WS₂/MgAl-LDH复合材料是一种极具应用潜力的光催化剂。     

ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚复合膜的制备及其光电性能

采用恒温水浴法在FTO导电玻璃上制备出了ZnO纳米棒阵列,然后对其进行二次生长后得到了ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚复合膜,最后它们分别与Pt形成对电极并与电解质溶液组装成染料敏化太阳能电池(DSSC)。结果表明:当在模拟太阳光照射(AM 1.5,100 mW/cm2)下时,ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚复合膜太阳能电池的短路电流密度Jsc为11.7 mA/cm2,开路电压Voc为0.661 V,填充因子FF为0.384,光电转换效率为3.17%,均明显的高于ZnO纳米棒阵列太阳能电池和ZnO纳米颗粒团聚球太阳能电池。其主要原因是由于ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚复合膜染料敏化太阳能电池在具有较高的光生电子传输效率的同时,增加了比表面积和提高了光子的收集效率。     

复合电极La-Ni-B的制备及电催化偏硼酸钠的性能

为进一步提高对偏硼酸钠电催化还原的效率,采用化学镀的方法,以铜片为基体,PdCl2乙醇胶体溶液为活化剂,乙醇为化学镀溶剂,制备了稀土复合电极La-Ni-B.并采用XRD、SEM、EDS方法对催化剂进行表征分析,结果表明稀土合金以纳米颗粒的形式附着在基体表面,所得合金膜是非晶态的.通过循环伏安法研究了复合电极La-Ni-B用于电解偏硼酸钠制备硼氢化钠的可行性.以硼氢化钠实际生产量为指标,探讨了直流、脉冲两种不同供电方式、脉冲电流频率、电解时间对电解行为的影响.结果表明稀土镧对电解偏硼酸钠有催化作用,以20 mL镀液制备的复合电极,在脉冲频率阳极时间T1=1 s,阴极时间T2=1 s时,最佳电解时间为4h.复合电极在重复使用3次的情况下,硼氢化钠产量降低15;,催化剂的重复使用性能良好.     

碳纤维-碳纳米管复合导电纸的制备及电磁屏蔽性能研究

研究了以碳纳米管(CNTs)和碳纤维(CF)作为复合导电剂的导电纸.通过高速剪切的方法将分散好的导电剂和纸浆纤维素在水溶液中复合,经真空抽滤法沉积得到导电纸.纤维状的导电剂与纸浆纤维搭建成三维导电网络,表现出了良好的柔韧性、导电性和电磁屏蔽性能.采用扫描电子显微镜、四探针电阻仪、矢量网络分析仪对其进行表征.研究表明,当碳纤维和碳纳米管以1∶1比例添加作为复合导电剂时,碳纤维-碳纳米管复合纸的导电性能和电磁屏蔽性能较碳纤维或碳纳米管单一导电剂提高明显.复合导电纸的电导率达到280.1 S/m,在175 ～1600MHz频段电磁屏蔽效能达到37 ～ 44 dB,较碳纤维纸提高2 dB,较碳纳米管纸提高10 dB.     

Ag3PO4/TiO2复合催化剂的制备及光催化性能研究

为提高纳米TiO2的光催化降解性能和稳定性,采用两步水热法制备具有高催化性能的Ag3PO4/TiO2复合催化剂,采用XRD、SEM、EDS、XPS、TEM等仪器对其表面微观形貌和形态大小、表面元素组成、物相结构等进行表征,并研究了TiO2的比表面积和Ag3PO4颗粒尺寸大小对Ag3PO4/TiO2光催化性能的影响.以亚甲基蓝(MB)和苯酚为目标降解物来考察复合光催化剂的光催化性能.结果表明:1h后Ag3PO4、TiO2、Ag3PO4/TiO2对亚甲基蓝的降解率为25;、42;、92;;复合光催化剂Ag3PO4/TiO2经过5次光催化降解实验后,对亚甲基蓝的降解率仍可达78;.