固体氧化物燃料电池阴极材料La1-xSrxFe1-yMnyO3-δ的合成与性能表征

固体氧化物燃料电池技术提供清洁、高效的发电方式。La1-xSrxFe1-yMnyO3-δ(LSFM)钙钛矿作为中温固体氧化物阴极材料受到人们的关注。本文用柠檬酸盐法合成了La1-xSrxFe1-yMnyO3-δ(x=0.1,0.2,0.3,0.4;y=0.1,0.2,0.3)钙钛矿阴极材料。使用同步热分析仪(TG/DTA)研究了钙钛矿结构的形成历程。XRD衍射结果证明单一钙钛矿相的最佳形成温度是800℃。采用直流四探针法测试了样品的电导率,其中La0.6Sr0.4Fe0.9Mn0.1O3-δ显示了最高值。用碘量法测量了LS-FM中的非化学计量氧值。随着Sr与Fe的增加,非化学计量氧值增大。通过XRD与SEM分析,La0.6Sr0.4Fe0.9Mn0.1O3-δ与La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ之间显示出较好的化学和热相容性。结果表明LSFM有望作为中温固体氧化物燃料电池的阴极材料。     

钙钛矿型La0.1Sr0.9Co0.9Fe0.1O3-δ膜的非化学计量及氧渗透模型

钙钛矿型透氧膜的非化学计量平衡关系与氧分压和温度有关,并对其应用起决定作用.文中以金属硝酸盐为前驱体,采用EDTA-柠檬酸联合络合法制备了钙钛矿型氧化物La0.1Sr0.9Co0.9Fe0.1O3-δ,并利用TG/DSC、XRD、SEM等方法对La0.1Sr0.9Co0.9Fe0.1O3-δ粉体的晶体结构和表面形态进行了表征.温度在923~1 223K、压力在0.101~1.01×105Pa之间变化时,采用热重分析法测得La0.1Sr0.9Co0.9Fe0.1O3-δ的非化学计量值在0.33~0.51之间.文中还利用简化的半经验公式对非化学计量值δ进行了计算,发现半经验公式能很好地与实验数据相拟合,由此得到了一个氧渗透通量的计算模型.实验结果表明,所提出的模型能够较好地预测La0.1Sr0.9Co0.9Fe0.1O3-δ膜的氧渗透通量.     

新型钙钛矿结构复合氧化物材料的电导性能

研究了几种钙钛矿结构以及类钙钛矿结构材料的电导性能.实验表明,La0.8Sr0.2MnO3,La0.8Sr0.2Ni0.1Mn0.9O3,La0.8Sr0.2Ce0.1Mn0.9O3和SrFe0.5Co0.5O3电导率相差不大,均为10-1S·cm-1数量级;高温熔盐中耐侵蚀性能优良的LaLiMnOy和LaLi0.5MnOy电导率差别很大,前者电导率大于1 S·cm-1,达到了MCFC阴极对材料电导性能要求,而后者仅为10-2S·cm-1数量级.高达0.191eV的电导激活能可能是LaLi0.5MnOy电导率过低的原因.     

熔融碳酸盐燃料电池新型阴极材料的耐蚀性能

通过对几种新型的钙钛矿结构材料在熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)熔盐电解质(Li0.62K0.38) CO3中的耐蚀性能的研究,探讨了这些材料用作MCFC阴极的可行性.研究表明:SrFe0.5Co0.zO3虽然有着优良的混合导电特性,但在高温熔盐中腐蚀严重;La0.8Sr0.2MnO3,La0.8Sr0.2Ce0.1Mn0.9O3和La0.8Sr0.2Ni0.1Mn0.9O3在高温熔盐中严重锂化,且Sr大量溶解;而经Li2O掺杂的LaMnO3(Li与La的摩尔比为1:1),在高温熔盐中的稳定性良好.     

BaCo_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)钙钛矿型混合导体透氧膜的性能

混合导体固体透氧膜与POM制氢工艺相耦合,可以较大幅度地降低制氢成本.由于透氧膜在高温、强还原性气氛下工作,仅仅具有较高的透氧能力并不能满足实际应用需求,还必须具有较高的化学稳定性.通过O2-TPD,CO2-TG及透氧实验研究了两种透氧能力最高的膜材料BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ及Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ.研究发现,由于Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ钙钛矿中A位的Sr2+被Ba2+取代及B位的Co4+部分被Nb5+取代,有效地提高了BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ钙钛矿材料的化学稳定性.     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的性能

利用甘氨酸法合成复合材料La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Ce0.8Ca0.2O1.9,该材料作为中温固体氧化物燃料电池的阴极材料被研究,XRD、SEM-EDS、O2-TPD等被用于检测材料的各种性能.得到优化的合成温度是1 100 ℃,在该温度条件下晶粒的平均粒径为400 nm,而且所合成的样品的元素比与所设计的化学计量比吻合.LSCF70-CDC的电导率在700℃温度下最高.氧的解吸结果表明结构中存在着几种不同类型的氧.     

聚丙烯酰胺溶胶凝胶法制备LaxSr1-xMO3纳米粉体

用一种新方法-聚丙烯酰胺溶胶凝胶法合成了广泛应用于中温固体氧化物燃料电池关键材料的钙钛矿型纳米粉体:La0.8Sr0.2MnO3(LSM)、La0.8Sr0.2CrO3(LSC)和La0.9Sr0.1Ga0.8Mg 0.2O3(LSGM).用TG-DSC和X射线衍射仪分析了钙钛矿相的形成过程,以TEM 观察了不同纳米粉体的颗粒尺寸及其形貌特征.研究结果表明聚丙烯酰胺溶胶凝胶法为省时、效率高的一种钙钛矿型复合氧化物纳米粉体制备过程,用该方法合成钙钛矿纳米粉体成相温度低,有利于提高纯度,有效降低团聚现象.     

(La,Sr)(Co,Fe)O_3与(La,Sr)MnO_3阴极材料的表征与性能

采用氨水沉淀法分别制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)与La0.8Sr0.2MnO3-δ(LSM)两种阴极材料,并用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和比表面积(BET)对所制备材料的结构、晶粒大小、形貌及比表面积进行表征.结果表明,LSCF和LSM前驱体分别在900℃和1200℃煅烧5h后产物均形成单一正交的钙钛矿结构,但LSCF具有较小的粒径和较大的比表面积.电化学性能测试结果表明,LSCF阴极比LSM阴极的过电位低,且LSCF为阴极单电池的输出功率较高.     

Ba0．5Sr0．5Co0．2Fe0．8O3—δ阴极材料制备与性能表征

采用凝胶浇注法（gelcasting）合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ba0.5Sr0．5Co0．2Fe0．8O3-δ粉体。对BSCF粉末和烧结体的性能进行了测试分析。结果表明,制备的试样为单一钙钛矿相,其颗粒尺寸均匀,BSCF阴极材料的电导率随测试温度的升高而降低,其中Ba0．5Sr0．5Co0.2Fe0．8O3-δ在500℃电导率为25．4S／cm。Ba0.5Sr0．5Co0.2Fe0．8O3-δ与SDC的界面阻抗在800℃为0．20Ωm2。     

全氟磺酸型质子交换膜在低温常压电化学合成氨中的应用

用Nafion膜作为电解质材料,以NiO-Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)为阳极和Sm0.5Sr0.5CoO3-δ(SSC)、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)、LaFe0.7Cu0.1Ni0.2O3-δ(LFCN),La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF)、La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)、NiO-Ce0.8Sm0.2O2-δ做阴极材料,银-铂网做集流体组成单电池,在自制的合成氨测试装置中用湿氢气和氮气进行合成氨测试,测试结果表明,该质子交换膜在室温具有较高的质子导电率,在80℃条件下质子导电率最高为2.5×10-3S/cm,合成氨产率均达到10-9mol/(cm2.s)实现了低温常压下合成氨。     

固相反应合成钙钛矿型氧化物Ba_(1.0)Co_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)的机理

以BaCO3、Co3O4、Fe2O3和Nb2O5粉末为原料,通过固相反应合成了钙钛矿型复合氧化物Ba1.0Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ.利用XRD、SEM和TGA-DSC同步热分析仪等研究了合成该材料的反应过程.结果发现,在固相反应法合成Ba1.0Co0.7Fe0.2-Nb0.1O3-δ的过程中,首先出现的是BaCoO3、BaFeO2.9相和Ba5Nb4O15相,在1 473 K烧结10 h能够得到立方钙钛矿相的Ba1.0-Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ.通过分析,整个反应过程分为两个阶段:第一阶段为BaCO3和Co3O4、Fe2O3、Nb2O5之间的加成反应;第二阶段为加成反应生成的BaCoO3、BaFeO2.9和Ba5Nb4O15三相之间逐渐固溶生成均相Ba1.0Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ,此过程伴随有氧的脱出.     

固相反应合成钙钛矿型氧化物Ba1.0 Co0.7Fe0.2 Nb0.103-δ的机理

以BaCO3、Co3O4、Fe2O3和Nb2O5粉末为原料,通过固相反应合成了钙钛矿型复合氧化物Ba1.0Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ.利用XRD、SEM和TGA-DSC同步热分析仪等研究了合成该材料的反应过程.结果发现,在固相反应法合成Ba1.0Co0.7Fe0.2-Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ的过程中,首先出现的是BaCoO3、BaFeO2.9相和Ba5Nb4O15相,在1473K烧结10h能够得到立方钙钛矿相的Ba1.0-Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ.通过分析,整个反应过程分为两个阶段:第一阶段为BaCO3和Co3O4、Fe2O3、Nb2O5之间的加成反应;第二阶段为加成反应生成的BaCoO3、BaFeO2.9和Ba5Nb4O15三相之间逐渐固溶生成均相Ba1.0Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ,此过程伴随有氧的脱出.     

Mn2+离子掺杂La0.6Sr0.1Mn1+xO3±δ钙钛矿材料性能研究

采用溶胶-凝胶法成功制备了名义成分为La0.6Sr0.1 Mn1+xO3±δ的钙钛矿锰氧化物.X射线衍射结果表明,样品具有复合相结构,其中钙钛矿为主相,尖晶石结构的Mn3O4为次相;通过Rietveld拟合方法获得了阳离子分布以及晶体结构参数.10 K下测量的比饱和磁化强度随掺杂量的增加先升高后降低,表明A位的Mn2+...     

不同B′(TiFeZn)离子存在条件下对La_(1-x)Sr_xMn_(1-x)B′_xO_3活性的影响

为了更有效地在较低温度下催化氧化消除汽车尾气中的有害气体 CO和烃类 ,根据需要特研制出 3类不同 B′离子 (B′=Ti,Fe,Zn)参与的四元复合氧化物系列 La1 -x Srx Mn1 -x B′x O3 催化剂 ,通过 XRD,ESR等多种波谱技术的表征 ,全面地考察了不同 B′离子同晶取代后引发的作用及其 CO催化氧化活性的影响 .实验结果推出的 La0 .8Sr0 .2 Mn0 .8Zn0 .2 O3复合氧化物催化剂 ,在 1 30℃就已表现出较好的催化氧化性能 ,它的活性启动温度远低于 La0 .8Sr0 .2 Mn O3三元复合氧化物所显示的活性启动温度 .为低温高效催化体系的进一步开发研究提供了理论依据 .     

(La0.7Sr0.3MnO3)(1-x)(CoFe2O4)x复合体中增强的室温磁电阻效应

利用溶胶-凝胶法制备了(La0.7Sr0.3Mn0.3)(1-x)(CoFe2O4)x复合体材料,并利用X射线衍射和57Fe的穆斯堡尔谱详细研究了其结构和微结构.利用超导量子磁强计测量了样品的磁性.结构和磁性的测量表明(La0.7Sr0.3MnO3)(1-x)(CoFe2O4)x复合体由La0.7Sr0.3MnO3和CoFe2O4组成,两相之间没有反应.复合体的电阻率随着CoFe2O4的加入而逐渐升高.在室温条件下5 kOe的磁场下得到了-5%的磁电阻效应,该值比同样品粒大小的纯La0.7Sr0.3MnO3样品的磁电阻效应大一倍.同时也比将非磁性的绝缘势垒如玻璃、CeO2等引入La0.7Sr0.3MnO3的室温磁电阻值大.表明一定量的铁磁性绝缘势垒的引入可以增强类钙钛矿锰氧化物的室温磁电阻效应.     

双掺杂钙钛矿型复合氧化物La_(0.7)Sr_(0.3)Co_(1-x)M_xO_3的电性能研究

以开发新型激光器阴极材料和固体氧化物燃料电池阴极材料为目的 ,合成一系列钙钛矿型复合氧化物 La0 .7Sr0 .3 Co1- x Mx O3 ( M:过渡族金属元素 ) ,并对 Co位掺杂过渡族元素后样品的高温电阻率和热电动势进行研究 ,发现 Co位掺杂不同元素显著影响材料的电导率和导电类型 ,并对其相应的物理机制进行探讨 .     

La_(0.9)Mg_(0.1)Cr_(1-x)M_xO_3钙钛矿型氧化物的制备及催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备一系列钙钛矿复合氧化物La0.9Mg0.1Cr1-xMxO3(M为Fe、Cu和Ni),并考察其催化性能.同时利用扫描电子显微镜和X射线衍射等分析方法,表征催化剂性能与结构之间的关系.实验结果表明:750℃焙烧制得的La0.9Mg0.1Cr0.8Cu0.2O3具有良好的三效催化性能,在该催化剂上C3H6、CO和NO的起燃温度T50较低,分别为229℃、202℃和286℃;完全转化温度T90分别为325℃、247℃和348℃;500℃转化率分别高达91.1%、99.3%和93.9%.La0.9Mg0.1Cr0.8Cu0.2O3具有良好的钙钛矿晶体结构,晶粒为纳米级,热稳定性高,所以催化性能良好.     

复合掺杂氧化物La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ的结构与电性能研究

用固相反应法合成低价离子Sr、Mg复合掺杂的ABO3型氧化物La0.9Sr0.1Ga0.85Mg0.15O2.875（LSGMl015）La0.9Sr0.1Ga0.75Mg0.25O2.825（LSGM1025）；借助EDS、XRD、SEM、直流四电极法等对LSGM1015和LSGM1025的微区成分、晶体结构、断面显微组织及导电性等进行研究．EDS和XRD分析表明：合成的LSGM1015和LSGM1025样品中杂质元素很少，且具有正交钙钛矿结构，基本上不合杂相；电导率测试结果表明：在673-1073K温度区间，其电导率与温度的关系符合Arrhenius定律，说明LSGM1015和LSGM1025为氧离子导体，且离子迁移活化能Ea≈1eV；Sr、Mg复合掺杂量较多（x＋y=0．35）的LSGM1025具有较高的离子电导率．     

固体氧化物燃料电池阳极材料 La1-x Srx Cr1-y Mny O3-δ的合成及性能研究

采用固相法制备 La1-x Srx Cr1-y Mny O3-δ固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极材料，用TG-DTA和X射线衍射分析仪分析了LSCM材料中钙钛矿相的形成过程，用SEM、直流四探针、交流阻抗等方法对合成材料的结构与性能进行研究。研究结果表明：用固相法制备所得到的非晶产物分别在1250℃和1350℃下烧结15h都能得到单一的钙钛矿相，对LSCM样品电性能研究表明，其电子电导率随温度的升高而增加，在850℃时空气状态下的电子电导率可达29．2S／cm；LSCM交流阻抗图是有由两个半圆组成的，显示出良好的离子电导率．     

La_(0.8)Cu_(0.2)Ni_(1-x)M_xO_3钙钛矿氧化物的制备及催化性能研究

采用柠檬酸络合法制备了一系列La0.8Cu0.2Ni1-xMxO3(M分别为Mn、Fe和Co)钙钛矿复合氧化物.催化性能的测定结果表明:750℃焙烧制得的催化剂La0.8Cu0.2Ni0.8Mn0.2O3显示出良好的三效催化性能,能使贫燃条件下CO、NO和C3H6的起燃温度较低,分别为165℃、295℃和302℃,当温度高于400℃时完全转化.扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)的测试分析结果表明:La0.8Cu0.2Ni0.8Mn0.2O3因具有良好的钙钛矿晶型结构,且为纳米级晶体,所以三效催化性能良好.