复合阳极在甲烷燃料电池中的应用和研究

采用共压-共烧结的方法制备以NiO-La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-δ复合阳极为支撑,以Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为电解质,以La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ (LSCF)-Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为复合阴极的单电池,在 400～650 ℃范围内,以干甲烷为燃料气,氧气为氧化气,测试了单电池的性能.用SEM对单电池进行微观结构分析,并对电池在650 ℃进行了6 h的稳定性测试,结果表明,该电池在6 h的测试过程中功率有较大的衰减,单电池在650 ℃时得到电流密度和功率流密度分别为为258.26 mA/cm2,为51.31 mW/cm2.     

Ba1.03Ce0.8 Ho0.2O3-α固体电解质的制备和电性能

采用高温固相反应法制备了非化学计量组成的Ba1.03Ce0.8 Ho0.2O3-α 固体电解质,用XRD和SEM对其相组成和表面及断面形貌进行了表征。用气体浓差电池方法测定了材料在600～1000 ℃温度范围内,干燥空气、湿润空气和湿润氢气气氛中的离子迁移数;用交流阻抗谱技术测定了它们在各实验气氛中的电导率。研究了材料的离子导电特性,并与BaCe0.8Ho0.2O3-α 和Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α 的性能进行了比较。结果表明：该材料为单相钙钛矿型斜方晶结构。在600～1000 ℃温度范围内、干燥空气中,是氧离子与电子空穴的混合导体,氧离子迁移数为0.10～0.36;在湿润空气中,是质子、氧离子与电子空穴的混合导体,质子迁移数为0.11～0.01,氧离子迁移数为0.34～0.30;在湿润氢气气氛中,是纯质子导体,质子迁移数为1。在600～1000 ℃温度范围内,干燥空气、湿润空气和湿润氢气气氛中,非化学计量组成材料(x = 1.03,0.97)的电导率高于化学计量组成材料(x = 1)的电导率,其中,Ba1.03Ce0.8 Ho0.2O3-α的电导率最高 (1000 ℃时、在干燥空气气氛中：3.92×10-2 S·cm-1;在湿润空气气氛中：3.46×10-2 S·cm-1;在湿润氢气气氛中：2.10×10-2 S·cm-1)。Ba1.03Ce0.8 Ho0.2O3-α材料的离子导电性优于BaCe0.8Ho0.2O3-α 和Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α。     

中温天然气燃料电池复合阳极NiO-La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-δ的制备和性能研究

采用共压-共烧结的方法制备了以NiO-La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-δ复合阳极为支撑、以Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为电解质、以La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF)-Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为复合阴极的单电池,在400～700 ℃范围内,以加湿天然气(3%H2O)为燃料气,氧气为氧化气,测试了电池的放电性能.利用XRD、SEM、EDX等手段对复合阳极进行结构、化学相容性、微观型貌和碳元素分析.分析结果表明,符合阳极具有较好的化学相容性,且阳极和阴极具有较好的孔隙、孔道结构.EDX测试结果表明有少量的碳沉积.在600℃进行了电池的稳定性测试.测试结果表明,该电池在13 h的测试过程中功率无明显衰减,具有较好的稳定性.复合阳极单电池在600℃得到最大电流密度,为215.49 mA·cm-2;最大功率流密度为44.85 mW·cm-2.     

转型稀土富渣的物性试验研究

测定了转型稀土渣的物理性质，ＲＥＯ在１０％～３０％范围的转型富渣溶化性温度＜１２２０℃；渣碱度在１．０～２．５范围内，熔化性温度＜１３００℃。温度存１３００～１５００℃范围内粘度在０．５Ｐａ·ｓ以下，对高炉冶炼不会造成困难，通过调整渣中ＣａＦ＿２含量可改善炉渣性能。     

固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ的合成及性质研究

利用溶胶-凝胶方法合成了Ce0.8Pr0.2O2-δ固溶体, XRD结果表明,经200 ℃焙烧就已经形成立方萤石结构固溶体,晶粒尺寸为8.1 nm, 随焙烧温度的升高,晶粒尺寸增大. X射线光电子能谱(XPS)结果表明,样品中存在氧离子缺位,铈离子主要为Ce4 离子,镨离子以混合价态Pr3 和Pr4 存在. 固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ的拉曼谱(Raman)观察到4个峰,458和1140 cm-1峰为特征F2g振动谱带,较宽的570和187 cm-1峰对应氧离子缺位及引起的不对称振动. 交流阻抗谱表明固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ在600 ℃时的电导率为1.44×10-3 S·cm-1, 活化能为Ea=0.67 eV (650～800 ℃), Ea=0.91 eV (400～600 ℃).     

反应温度对Ce2(C2O4)3•10H2O粉体形貌和形成机理的影响

以Ce(NO3)3•6H2O和草酸二甲酯(DMO)为原料, 在反应温度为30、50、65和85 ℃时, 利用均相沉淀法合成了不同形貌的CeO2超细前驱体Ce2(C2O4)3•10H2O. 利用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及热重-差热分析法(TG-DTA)等测试手段, 对不同反应温度合成的产物物相、形貌及性质进行了表征. 实验结果表明, 所得产物均为单斜晶系的Ce2(C2O4)3•10H2O, 且随反应温度的升高, 产物的晶化度增加; 反应温度直接影响产物的形貌及大小, 当反应温度为30、50、65和85 ℃时, 所得产物形貌分别为无规则外形、类球状、大米粒状及片状, 说明反应过程是温度敏感过程; 温度对沉淀粒子形成的影响机理实际上要归结于温度对成核速率及生长速率的影响, 此过程遵循LaMer模型及结晶过程的粒度分布和控制原理.     

一个新的超大铈锑钨酸盐阴离子Ce_3Sb_4W_2O_8(H_2O)_(10)(SbW_9O_(33))_4~(19-)

合成了一超大铈锑钨酸盐[Ce3Sb4W2O8（H2O）10（SbW9O33）4]（NH4）19·48H2O,用X射线单晶衍射法及元素分析确定了其结构.其晶胞参数为:α=1.890 8（6）nm,b=2.003 2（14）nm,c=2.865 3（12）nm,α=86.95（6）°,β=75.68（3）°,γ=67.52（5）°,υ=9.706（9）nm3,空间群P1.在杂多阴离子Ce3Sb4W2O8（H2O）10（SbW9O33）419-中,四个β-B-（SbW9O33）9-是通过一个大的中心集团[Ce3Sb4W2O8（H2O）10]17+连接起来的,中心集团中含有两个桥连{WO2-（H2O）}基,三个Ce（Ⅲ）离子和一个{Sb4O4}基团.三个Ce（Ⅲ）离子的配位数均为9,Ce（1）和 Ce（3）的配位环境相同,但不同于Ce（2）的配位环境,四个{SbW9O33}中的三个参与了向 Ce（Ⅲ）的配位.两个{SbW9O33}中的四个氧,三个水分子中的三个氧,{Sb4O4}中的一个氧及一个桥连{WO2（H2O）}中的一个氧向Ce（1）[或Ce（3）]配位;两个{SbW9O33}中的四个氧,两个水分子中的两个氧,{Sb4O4}中的一个氧及两个桥连{WO2（H2O）}中的两个氧向Ce（2）配位.在{Sb4O4}中,四个Sb原子的中心构成了一四面体.该离子属Cs点群,Sb（5）,Sb（8）和Ce（2）所在的平面是其对称面.     

BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3-α的溶胶-凝胶法制备及其电性能

采用溶胶-凝胶法, 以低于固相合成法150～250 ℃的温度进行烧结, 分别制备了BaCe0.9Y0.1O3-α和BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3-α固体电解质. 应用AUTOLAB PGSTA 30型电化学工作站测定了两种电解质在不同温度下的阻抗谱, 在350～800 ℃范围内电导率分别为1.62×10-4～6.43×10-3 S·cm-1, 2.52×10-5～3.73×10-3 S·cm-1, 电导激活能分别为0.54和0.84 eV. 同时用高温固相合成法合成了BaCe0.9Y0.1O3-α质子导体, 在相同条件下其电导率为1×10-4～4×10-3 S·cm-1, 激活能为0.50 eV. 实验结果表明 用溶胶-凝胶法得到的材料在烧结温度低于固相合成法150～250 ℃的情况下, 制备出的样品电导率高;对于同一质子导体BaCe0.9Y0.1O3-α, 用Zr代替部分Ce, 固体电解质的电导率明显降低.     

铝热还原法制备铝-稀土中间合金的研究

以混合稀土碳酸盐为原料,Al为还原剂,还原时间为2 h,在温度范围为1000～1200℃的冰晶石熔体中,分别制备了RE含量为2.11%～9.75%(质量分数)的Al-RE中间合金.研究发现,Al-RE合金中的RE含量与温度的关系可近似用公式y=-0.74673-0.02813X 3.07273×10-5X2描述;合金中存在着La,Ce,Pr,Nd和Pm等稀土元素.分析了还原温度对合金中稀土含量的影响,分析了[RE2O3]的活度、[Al2O3]的活度、Al-RE合金中的[RE]的活度及[Al]的活度对反应的影响;讨论了Al-RE中间合金形成的热力学及动力学条件,对Al-RE中间合金的形成机制进行了探讨.     

中低温Fe_2O_3-MnO_2-CeO_2/TiO_2脱硝催化剂的合成、表征及催化活性

选用共沉淀法以Fe,Mn和Ce三元复合氧化物为活性组分,以Ti O_2为载体,制备出一种铁基中低温SCR脱硝催化剂Fe_2O_3-Mn O_2-Ce O_2/Ti O_2.将制备的铁基中低温SCR脱硝催化剂进行脱硝活性模拟测试,结果表明在150℃~250℃温度区间内,掺杂含量不同的Fe_2O_3-Mn O_2-Ce O_2/Ti O_2复合氧化物催化剂大多都具有持续稳定的脱硝性能,催化效率最高可稳定在91%以上.同时,采用SEM,XRD,TG和EDS等催化剂表征手段,详细分析了其组分分布,空隙结构与催化性质.