共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池

采用共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池(SC-SOFC),单电池结构为Ni-YSZ/YSZ/LSM,YSZ为8%(x)Y2O3稳定的ZrO2,LSM为锰酸镧锶(La0.7Sr0.3MnO3).应用扫描电子显微镜(SEM)研究了电池微观结构,结果表明:阴极和电解质之间结合紧密,LSM在阴极YSZ三维骨架上负载性能良好;YSZ电解质薄膜厚约50μm,阳极厚约600μm,阴极层厚约100μm.研究了单电池反应温度T,阴极催化剂负载层数n,甲烷和氧气混合体积比Rmix对电池输出性能的影响规律.在T=800℃、n=2、Rmix=2时,电池性能达到最佳,开路电压为0.95V,最大电流密度为130mA·cm-2,最大功率密度为30mW·cm-2.     

Ni-Fe/SDC电池阳极材料的制备和性能表征

采用硝酸盐-柠檬酸法合成了具有高比表面积的一系列Ni-Fe氧化物和电解质Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC), 利用上述材料制备出固体氧化物燃料电池(SOFC)复合阳极材料Ni-Fe/SDC, 并对其微结构和相关性能进行测试. 结果表明: 该复合阳极材料与电解质SDC具有较高的热匹配性, 以其作为SOFC的阳极, 氢气为燃料, 其单电池表现出优异的性能, 700 ℃电池输出功率密度最高可达90.6 mW•cm−2.     

《固体氧化物燃料电池新型材料》

本书主要结合国内外固体氧化物燃料电池材料的研究进展,探讨钙钛矿型复合氧化物电解质材料、阴极材料和阳极材料及其组成单电池的制备工艺和性能,以期对固体氧化物燃料电池技术的研究有所推动。可供从事固体氧化物燃料电池和新材料研究与开发的科研人员、企事业单位的技术人员和管理人员阅读,也可供能源、化学、材料等相关专业教师     

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...     

Ln_2MO_4型固体氧化物燃料电池阴极材料

发展中温固体氧化物燃料电池阴极材料面临着巨大的挑战,K2NiF4结构Ln2MO4型氧化物(Ln=La,Pr,Nd,Sm;M=Ni,Cu,Fe,Co,Mn)由于具有高的离子-电子电导率,与固体电解质匹配的热膨胀系数,较好的氧扩散及表面交换性能,得到了人们的广泛关注.这预示着该类材料有希望成为一种新型固体氧化物燃料电池阴极材料.阴极材料的高温化学稳定性研究结果表明,镍酸盐Ln2NiO4(Ln=La,Pr,Nd)氧化物与固体电解质YSZ化学相容性较差,高温时易生成绝缘相Ln2Zr2O7.相比较而言,对于掺杂型Ln2-xSrxM1-yMy/O4(Ln=La,Sm,Nd;M,M/=Cu,Fe,Ni,Co)阴极材料与传统固体电解质CGO、LSMG和YSZ等具有很好的化学相容性,高温条件下二者之间不发生化学反应.与传统的钙钛矿相比,具有相同组成元素的Ln2MO4型氧化物具有更低的热膨胀系数,并且与固体电解质有很好的热匹配性.电导率数值的大小是衡量阴极材料性能的重要指标.研究结果显示,Ln2MO4氧化物在400～600℃的混合电导率数值为40～100S/cm,且镍酸盐和钴酸盐体系普遍具有较高的数值,这对阴极来说是极为有利的....     

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。     

一种抗CO2中毒的高电化学性能质子导体电解质

制备了一种高电化学性能的抗CO2中毒的低温质子导体固体氧化物燃料电池电解质BaZr0.4Ce0.4Y0.2O3(BZCY4),并通过双层共压法制备出NiO+BZCY4阳极支撑的单电池.该电池以质子导体材料BZCY4氧化物为电解质,钙钛矿型材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3(BSCF)为阴极,在750和400℃下的功率密度分别为219和57mW/cm2.     

Ag-GDC复合电极的性能及其在直接碳SOFC中的应用

制备了Ag与Gd掺杂的氧化铈(GDC)复合的电极材料。采用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质,Ag-GDC为阴极和阳极,组装成固体氧化物燃料电池(SOFC),采用担载5%(质量分数)Fe的活性炭为SOFC的燃料,对此直接碳SOFC(DC-SOFC)的输出性能及阻抗谱进行测试,并与采用传统阴极(掺Sr的锰酸镧与YSZ的复合材料)的DC-SOFC性能进行了比较,发现Ag-GDC具有更好的性能。采用扫描电镜(SEM)对电池的微观结构进行了分析,并就其对电池性能的影响进行了分析。     

固体氧化物燃料电池用（La，Sr）（Co，Fe）O3-δ阴极的制备及其电化学催化性能

采用溶液注入法和丝网印刷法制备了(La,Sr)(Co,Fe)O3-δ (LSCF)/YSZ与LSCF/GDC复合电极,并通过扫描电镜和电化学阻抗谱研究了不同结构电极的微观形貌和电化学催化性能. 结果表明, LSCF阴极与YSZ电解质在低于800 ℃下制备时,没有新相产生; 在中温固体氧化物燃料电池的工作条件(700～750 ℃)下,溶液注入法制备的LSCF阴极与YSZ电解质有较好的化学相容性和较高的电化学催化活性,而丝网印刷法制备的LSCF阴极则表现出稳定的电化学催化性能.     

直接氨固体氧化物燃料电池

塑性挤压成型阳极支撑管,采用真空浸涂法在阳极表面制备了均一、致密的氧化钇稳定的氧化锆电解质层,然后在电解质表面刷涂上阴极层,成功制备了阳极支撑型管状固体氧化物燃料电池.分别以氢气和氨气为燃料,考察了该管状固体氧化物燃料电池的电池性能.在800℃操作时,以氢气和氨气为燃料的电池最大输出功率密度分别为202和200 mW/cm2.表明氨气可以作为固体氧化物燃料电池的替代燃料.     

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.     

LSM-YSZ nano-composite cathode with YSZ interlayer for solid oxide fuel cells

Low temperature prepared(La_(0.8)Sr_(0.2))_(0.9)MnO_3-δ-Y_(0.15)Zr_(0.85)O_(1.93)(LSM-YSZ) nano-composite cathode has high three-phase boundary(TPB) density and shows higher oxygen reduction reaction(ORR) activity than traditional LSM-YSZ cathode at reduced temperatures. But the weak connection between cathode and electrolyte due to low sintering temperature restrains the performance of LSM-YSZ nano-composite cathode. A YSZ interlayer, consisted of nanoparticles smaller than 10 nm, is introduced by spinning coating hydrolyzed YSZ sol solution on electrolyte and sintering at 800 °C. The thickness of the interlayer is about 150 nm. The YSZ interlayer intimately adheres to the electrolyte and shows obvious agglomeration with LSM-YSZ nano-composite cathode. The power densities of the cell with interlayer are 0.83, 0.46 and 0.21 W/cm~2 under 0.7 V at 800, 700 and 600 °C, respectively, which are 36%, 48% and 50% improved than that of original cell. The interlayer introduction slightly increases the ohmic resistance but significantly decreases the polarization resistance. The depressed high frequency arcs of impedance spectra suggest that the oxygen incorporation kinetics are enhanced at the boundary of YSZ interlayer and LSM-YSZ nanocomposite cathode, contributing to improved electrochemical performance of the cell with interlayer.     

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 .     

Enhanced performance of an anode-supported YSZ thin electrolyte fuel cell with a laser-deposited Sm0.2Ce0.8O1.9 interlayer

A power density of over 1.4 W cm^?2 at 0.7 V was achieved at 750 °C for an anode-supported YSZ thin electrolyte fuel cell with a dense Sm_0.2Ce_0.8O_1.9 (SDC) interlayer fabricated by pulsed laser deposition, while the cell with a conventional porous SDC interlayer exhibited only 0.8 W cm^?2 at this voltage. The dense SDC interlayer significantly reduced the ohmic resistance of the fuel cell. For example, at 750 °C, the ohmic resistance of the fuel cell with a dense SDC interlayer was 0.08 Ω cm²; while that of the cell with a porous SDC interlayer fabricated by conventional screen-printing was 0.16 Ω cm². The pronounced reduction in ohmic resistance might be due to the fully dense structure and thus improved electrical conductivity of the SDC interlayer, increased contact area at the interface between the dense SDC interlayer and the YSZ electrolyte, and suppressed Zr migration into the SDC interlayer.     

Structure-designed gadolinia doped ceria interlayer for solid oxide fuel cell

A bi-structured gadolinia doped ceria (GDC) interlayer, which has a dense layer combining tightly with yttria-stabilized zirconia (YSZ) film and a porous layer with rough surface for contacting closely with the cathode, is prepared from a two-step sputtering process. Compared to the cell with a dense GDC interlayer, the single cell with the bi-structured GDC interlayer depicts greatly reduced ohmic and polarization resistances and increased electrochemical performance.     

利用钐掺杂的氧化铈夹层提高燃料电池阳极的活性

考察了Ni-钐掺杂的氧化铈(Ni-SDC)复合阳极与La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)电解质中间加入的SDC 中间层对阳极及整个电池性能的影响.结果表明，SDC中间层的加入显著减小了阳极极化过电位，但同时引入了欧姆降，降低了电池的功率输出密度.氢在Ni-SDC电极的氧化主要由两个过程控制，分别对应于交流阻抗谱的两个阻抗半圆，高频环随着SDC中间层的加入显著减小，可能对应于H2在Ni-SDC/SDC/H2三相界的电化学氧化或氧从LSGM向SDC的传输，低频环与SDC中间层无关，可能对应于氢在电极表面的解离吸附及吸附物种的扩散过程.使用Ni-SDC/SDC夹层阳极可以明显地提高电池的稳定性.     

复合阴极材料La1-xSrxCuO3-δ-SDC的制备及电学性能

合成具有单相正交钙钛矿结构的La1-xSrxCuO3-δ(x=0.15, 0.2, 0.3, 0.4)系列样品, 碘量滴定法实验结果表明, 随着Sr掺入量的增加, Cu3+离子的含量逐渐增加. 电学性能研究结果表明, La0.7Sr0.3CuO3-δ电导率最高, 与La0.6Sr0.4CoO3-δ相比, La0.7Sr0.3CuO3-δ具有更好的电化学性能, 可作为一种新的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料. 将La0.7Sr0.3CuO3-δ与不同质量比的中温电解质Ce0.85Sm0.15O2-δ(SDC) 固相混合, 制备复合阴极材料, 电化学性能测试结果表明, 掺入适量的SDC有利于降低La0.7Sr0.3CuO3-δ电极的极化, 获得性能更优越的IT-SOFC阴极材料, 提高在中温区单电池的输出功率.     

TiO2修饰La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ用于中温固体氧化物燃料电池的阴极

纳米TiO2修饰的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极被直接应用于YSZ电解质电池上. TiO2可阻止LSCF和YSZ间的化学反应,抑制SrZrO3的形成. LSCF-0.25 wt% TiO2阴极电池在0.7 V和600°C下的电流密度是LSCF阴极电池的1.6倍.电化学阻抗谱结果表明, TiO2修饰显著加快了氧离子注入电解质的过程,这可能与TiO2抑制了阴极/电解质界面处高电阻SrZrO3层的形成有关.本文为在ZrO2基电解质上使用高性能的(La,Sr)(Co,Fe)O3阴极材料提供了一种简单有效的方法.     

高电压镍锰酸锂正极/电解液界面本征性质的研究

高电压正极材料的应用是提高锂离子电池能量密度的有效手段,然而高电压下正极/电解液界面稳定性成为决定锂离子电池在高电压工作条件下循环性能和安全性能的关键因素,因此高电压下正极/电解液界面具有重要的研究价值. 但是,目前报道的正极/电解液界面的研究中通常使用传统的极片制备方法,这需要引入导电剂和粘结剂,会对后期正极活性物质表面钝化膜的形貌和组分表征带来干扰,甚至造成固体电解质界面(SEI)膜存在的假象,难以获得正极材料与电解液之间界面的本征信息. 这里,我们采用溶胶凝胶旋涂法制备了不含导电剂和粘结剂的镍锰酸锂(LNMO)正极,以其为研究对象,通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)技术,结合电化学阻抗谱(EIS)研究了LNMO正极/电解液界面在充放电过程中的结构演变过程以及本征性质. 研究结果显示在充放电过程中,电解液中溶剂和电解质都会参与反应,其中LiPF₆的降解主要发生在高电压下,其降解产物在放电过程中又会被反应消耗掉. 它们的降解产物沉积到LNMO正极形成表面膜,该表面膜的主要成分随着电压的不同组分有所不同.