新型固体氧化物燃料电池阴极材料Ca2-xSrxFe2O5的电化学性能研究

采用固相法合成了固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料2-xSrxFe2O5(x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20),利用XRD和SEM对其结构和微观形貌进行了表征.结果表明该阴极材料与固体电解质Sm0.8Ce0.2O1.9(SDC)在1000℃烧结时不发生化学反应,且烧结4 h后,二者之间可形成良好的接触界面.利用交流阻抗谱技术对阴极材料的电化学性能进行研究,结果显示,阴极上的反应过程主要为电荷的迁移反应,其中Ca1.95Sr0.05Fe2O5电极在空气中700℃下具有最小的极化电阻为0.95Ω·cm2.当测试温度为700℃时,阴极电流密度为74mA·cm-2时,阴极过电位为100mV.     

Sr2MgMoO6阳极材料制备与催化性能

通过溶胶-凝胶过程制备了固体氧化物燃料电池双钙钛矿阳极材料Sr₂MgMoO₆（SMMO）,研究了样品制备过程对材料的相态结构组成、传输性能、H₂氧化催化活性等方面的影响。结果表明,SMMO对制备过程的要求高,难以通过简单一步退火反应获得相态纯净的双钙钛矿结构,高纯度的SMMO需要经过反复混合及充分退火反应制取,同时样品中少量的杂质相SrMoO₄也很难彻底消除;样品中的杂质对材料的电导率有明显影响,纯度越高,材料的导电传输性能越好;SMMO的纯度对阳极材料的电化学性能影响很大,纯度越高,阳极的界面阻力越小,阳极催化氧化H₂的性能越好,对应单电池的输出功率越大;在800℃下,SMMO阳极的界面电阻低至1.07 Ω·cm²,对应单电池的输出功率可达710 mW·cm^-2。     

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.     

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ为阴极的中温固体氧化物燃料电池

 通过在阴极与氧化钇稳定的氧化锆电解质间添加Gd0.1Ce0.9O1.95 (GDC)隔层,成功地将Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF)阴极应用在中温固体氧化物燃料电池上. 由BSCF膜的高透氧率可知,BSCF在中温范围内具有很高的氧离子电导率. 在添加GDC隔层后,电池以空气为氧化剂时显示了很高的性能,极化电阻急剧下降,表明GDC隔层的添加是必要和有效的.     

静电纺丝法制备La_2CuO_4纳米管阴极材料及其电化学性质研究

采用静电纺丝法制备了一维管状中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极材料La2CuO4。利用XRD、TG-DTA、FT-IR和SEM对材料的结构和微观形貌进行分析。研究表明,700℃烧结2 h得到平均直径150纳米、形貌均一的La2CuO4纳米管。900℃烧结0.5 h得到纳米管间连接充分并与电解质紧密接触的纤维电极。利用交流阻抗技术对电极的性能进行研究发现,La2CuO4纳米管阴极材料具有比粉体材料更优越的电极性能。纳米管阴极在700℃的极化电阻为1.03Ω·cm2,而同一组成粉体电极的极化电阻为1.61Ω·cm2;氧分压测试结果显示纳米管电极反应的速率控制步骤为电荷转移过程。     

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...     

Nd0.6-xBaxSr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-30％Ce0.9Gd0.1O1.95复合阴极的性能

采用溶胶-凝胶法合成了Nd0.6-xBaxSr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(NBSCF)阴极粉体和Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)电解质粉体.利用X射线衍射仪(XRD)、电子能谱仪(XPS)分别对NBSCF的结构及其与GDC的化学相容性、NBSCF表面的化学状态进行表征.用直流四端子法和交流阻抗谱法分别测...     

中温固体氧化物燃料电池Pr1.2Sr0.8NiO4阴极材料的制备、结构和性能

以相应的氧化物粉末和盐为原料,通过甘氨酸-硝酸盐法合成出了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)Pr1.2Sr0.8NiO4(PSNO)阴极原料粉体,并制备出了烧结体试样.采用X射线衍射(XRD)分析对所合成粉体的相组成进行了分析,分别采用热膨胀仪和四端子法对PSNO烧结体试样的热膨胀系数和电导率进行了测定,同时对该阴极材料与Sm0.2Ce0.8O1.9(sco)电解质材料的电化学阻抗谱(EIS)进行了测试分析以SCO作电解质,分别以NiO/SCO和PSNO作阳极和阴极材料,制备出固体氧化物燃料单电池,并对其性能进行测试.实验结果表明,通过甘氨酸-硝酸盐法,在1050℃以上煅烧前驱体,可以获得具有K2NiF4结构的PSNO粉体.所制备的PSNO烧结体试样在200-800℃间的热膨胀系数约为12×10-6 K-1,在450℃下的电导率约为155 S· cm-1,在400-800℃,平均电导活化能为0.034 eV.电化学阻抗谱分析结果表明,在700 ℃下PSNO阴极和SCO电解质间的比表面阻抗(ASR)为0.37Ω·cm2,而Ni-SCO/SCO/PSNO单电池的比表面阻抗为0.61Ω·cm2;所制备的SOFC单电池在800℃下的输出功率为288 mW· cm-2,开路电压为0.75 V.本研究的初步结果表明PSNO 材料是一种综合性能较为优良的新型巾温固体氧化物燃料电池阴极材料.     

Co掺杂La1.5Sr0.5Ni1-xCoxO4+δ阴极材料的制备及其电化学稳定性能

利用溶胶凝胶法合成了La_1.5Sr_0.5NiO_4+δ掺杂Co的阴极材料La_1.5Sr_0.5Ni_1-xCo_xO_4+δ (x=0、0.2、0.4、0.6)。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、热重、热膨胀系数的测定和扫描电镜等技术探究了材料的相结构、元素组成、热力学性能和表面形貌。结果表明,所合成的样品为具有类钙钛矿型结构的单一纯相,掺杂Co元素使材料的热膨胀系数有所提高。将该材料应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极,进行了电导率及电化学阻抗谱的测定。结果发现,La_1.5Sr_0.5Ni_1-xCo_xO_4+δ的电导率随着Co元素掺杂量的提高而升高,当x=0.4时La_1.5Sr_0.5Ni_0.6Co_0.4O_4+δ     

MnO_2/NiCo_2O_4的静电自组装合成及其电化学性能

通过带负电荷的MnO2纳米片与带正电荷的Co-Ni层状双氢氧化物(LDHs)纳米片的静电自组装外加后续热处理合成了异质层状结构的MnO2/NiCo2O4复合物.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼光谱、原子吸收光谱(AAS)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征.用循环伏安(CV)、恒流充放电和电化学交流阻抗技术对其电化学性能进行了测试.研究结果表明,该方法制得的异质复合物具有多孔层状堆垛结构,这种特殊的结构不仅增大了电解液离子的接触面积,而且还为其嵌入-脱出提供了有效途径.该复合物在1 A·g-1电流密度时,-0.6-0.45 V电位窗口内的比电容达482 F·g-1,优于纯组分MnO2和NiCo2O4的电容性能.     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料LaBiMn2O6的制备与性能

采用固相法合成了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阴极材料LaBiMn₂O₆,并利用X射线衍射(XRD)和电化学阻抗谱(EIS)进行表征。结果表明该材料与电解质Ce_0.7Bi_0.3O_1.85(CBO)在1000℃烧结12h不发生反应。交流阻抗和直流极化测试结果发现,阴极极化电阻随测试温度的增加而逐渐减小,700℃空气中的极化电阻为0.71Ω·cm²;氧分压测试结果显示,在600~700℃范围内,电极反应的速率控制步骤为电极上发生的电荷转移反应。电极过电位为85mV时,700℃的阴极电流密度达到216mA·cm^-2,表明LaBiMn₂O₆是一种潜在的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阴极材料。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料LaBiMn2O6的制备与性能研究

采用固相法合成了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阴极材料LaBiMn₂O₆,并利用X射线衍射(XRD)和电化学阻抗谱(EIS)进行表征.结果表明该材料与电解质Ce_0.7Bi_0.3O_1.85(CBO)在1 000 ℃烧结12 h不发生反应.交流阻抗和直流极化测试结果发现,阴极极化电阻随测试温度的增加而逐渐减小,700 ℃空气中的极化电阻为0.71 Ω·cm²;氧分压测试结果显示,在600~700 ℃范围内,电极反应的速率控制步骤为电极上发生的电荷转移反应.电极过电位为85 mV时,700 ℃的阴极电流密度达到 216 mA·cm^-2 ,表明LaBiMn₂O₆是一种潜在的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阴极材料.     

Zn/V2O5水相二次电池的交流阻抗研究

The dependence of charge transfer resistances of electrodes in the aqueous Zn/V 2O 5 secondary battery on the Zn 2+ amount intercalated was studied by means of AC impedance experiments. The results showed that the electrode reaction on cathode was controlled by the diffusion of Zn 2+ at the beginning of the discharge process. With the increase of Zn 2+ amount intercalated into the cathode, the reaction became a kinetic controlled process, i.e.a process controlled by intercalation of Zn 2+ in V 2O 5.     

La2O3对Ni/γ-Al2O3甲烷化催化剂的助催化作用

我国将稀土作为助剂引入镍基甲烷化催化剂,大大提高了催化剂的活性和热稳定性,并已投入工业应用［1－3］．稀土对不同镍催化剂反应性能及其作用机理的研究已有一些报导［3－7］．谢有畅等观察到镍负载在经单层La2O3改性的γ－Al2O3表面,其晶粒要比没有La2O3时小得多．Rotgerink等认为添加La后反应速率的增加不只是由于几何效应,而是La对甲烷化本身有促进作用,单位镍表面的活性是随La含量不同而改变的,活性增加的同时表观活化能也增加［5］．作为助剂的La2O3在氢还原和反应过程中的变化及其作用的研究和讨论较少,目前一般认为添…     

V2O5/TiO2催化剂表面结构FT-IR发射光谱研究(II)

用傅里哀变换红外发射光谱原位考察了V_2O_5/TiO_2催化剂在制备焙烧过程中担载偏钒酸铵的热分解步骤及其形成的表面活性相结构。偏钒酸铵在200 ℃左右分解, 在300 ℃之前完全转化为晶相V_2O_5。担载于TiO_2上的偏钒酸铵在100 ℃左右与TiO_2已产生强的化学作用, 在200 ℃之前已完全分解。对于10%(质量分数)V_2O_5/TiO_2催化剂其担载偏钒酸分解后在1020 cm~(-1)附近出现晶相V_2O_5的特征峰。但在500 ℃进一步焙烧后晶相V_5O_5的峰减弱并在1025—900 cm~(-1)区出现宽峰, 表明部分晶相V_2O_5可能转化为二维高分散的VO_x物种。2%(质量分数)V_2O_5/TiO_2催化剂在焙烧过程中也显示晶相V_2O_5的弱峰, 但同时也观察到属于VO_x物种的宽峰。进一步降低钒担载量, V_2O_5晶相特征峰逐渐消失, 而在1025—900 cm~(-1)区出现二维VO_x物种的宽峰。结果还表明傅里哀变换红外发射光谱是表征氧化物催化剂表面相结构的一种有力的方法。     

不同组分下富锂正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2(x=0.1-0.8)的晶体结构与电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列富锂锰基正极材料xLi2MnO3?(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2(x=0.1-0.8),通过X射线衍射(XRD)仪,扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了不同组分下富锂材料的结构与电化学性能.结果表明:Li2MnO3组分含量较高时,材料的首次放电容量较高,但循环稳定性较差;该组分含量较少时,所得样品中出现尖晶石杂相,且放电容量较低,但循环稳定性较好;综合来看,x=0.5时材料的电化学性能最优.x=0.4,0.6时材料也表现出了较好的电化学性能,值得关注.     

致密的5%Al3+掺杂的SnP2O7-SnO2复合陶瓷在中温燃料电池中的应用

首先制备了未掺杂和5%(摩尔分数)Al³⁺掺杂SnO₂的多孔性基片, 然后将基片与85%的H₃PO₄在600℃下反应, 分别得到了致密的未掺杂和5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品. 采用X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)测试方法对样品进行了表征, 采用电化学阻抗谱法(EIS)测试了样品在中温(100-250℃)下, 湿润空气和湿润氢气气氛中的电导率. 结果表明, 在湿润空气和湿润氢气中, 5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品的电导率均高于未掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品的电导率, 且该复合陶瓷样品在湿润空气和湿润氢气中250℃下, 电导率分别达到最大值: 4.30×10^-2和6.25×10^-2 S·cm^-1, 高于至今报道的SnP₂O₇-SnO₂基复合陶瓷及SnP₂O₇基陶瓷在类似条件下的电导率. 以5%Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷样品(厚度: 1.45 mm)为电解质, 多孔性铂为电极组装成的氢气/空气燃料电池具有良好的中温电池性能, 175、200、250℃的最大输出功率密度分别为52.0、61.9、82.3 mW·cm^-2. 良好的中温电池性能与该复合陶瓷电解质较高的电导率和致密度及该燃料电池较低的界面极化电阻有关.     

MgAl2O4尖晶石对锂离子电池正极材料LiMn2O4的循环性能影响研究

MgAl₂O₄ spinel doping into cathode materials LiMn₂O₄ was used to improve the cyclic performance of the cathode. X-ray analysis results showed, when MgAl₂O₄ precursors were mixed with LiMn₂O₄ and sintered at 770 ℃ for 12 hour, MgAl₂O₄-LiMn₂O₄ mulriple spinel with the same physical characteristics as pure LiMn₂O₄ were synthesized. The electro-chemical performance testing showed, comparing with pure LiMn₂O₄, the first charge-discharge capacity of doping materials somewhat reduced, but the cyclic performance improved. The mechanism for doping material was also discussed.     

高倍率尖晶石型Li_4Ti_5O_(l2)/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)为螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5Ol2/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5Ol2/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料的电化学性能.