高稳定微管中温质子导电燃料电池的电化学性能研究

采用相转化方法,以质子导体BaZr_(0.1)Ce_(0.7)Y_(0.1)Yb_(0.1)O_(3-δ)(BZCYYb)材料为电解质,制备了阳极支撑微管Ni-BZCYYb|BZCYYb|La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)中温固体氧化物燃料电池。阳极、电解质和阴极的厚度分别为200μm、12μm和10μm。以加湿(3 vol.%H_2O,30 sccm)氢气为燃料,空气为氧化剂进行电化学阻抗谱测试,电池在750℃、700℃、650℃和600℃的峰值功率密度分别为1.070 W/cm~2、0.976 W/cm~2、0.815 W/cm~2和0.700 W/cm~2。在750～600℃进行交流阻抗谱测试,Ni-BZCYYb阳极和LSCF阴极的浓度极化值仅为0.014～0.02Ω·cm~2。BZCYYb电解质致密、无裂纹,电极具有非对称海绵状微孔,非常有利于形成三相界面,进而加速质子输运及反应。     

中温固体氧化物燃料电池双钙钛矿PrBaCo2O5+δ作为潜在阴极的电化学性能研究

通过溶胶-凝胶制备双钙钛矿PrBaCo_2O_(5+δ)(PBCO)中温固体氧化物燃料电池阴极材料,研究结果表明:PrBaCo_2O_(5+δ)为四方结构.在100~850℃内,PBCO样品为金属导电机制.交流阻抗谱的测试结果表明:PrBaCo_2O_(5+δ)电极在800℃时的极化电阻为0.034 8Ω·cm~2.采用La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)电解质为支撑体的单电池在800℃时的功率密度达到558.7 m W/cm2.     

Pr_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)复合阴极材料的性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)制备Pr_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)-xCe_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(PSC-xSDC,10%≤x≤40%)复合阴极材料,研究PSC-xSDC的电性能、电化学性能、热膨胀性能。结果表明:PSC、SDC之间的化学相容性良好。PSC-xSDC复合阴极材料的电导率在600～800℃中温范围内均远高于100 S/cm,PSC-xSDC中SDC最佳复合量为30%,1 000℃煅烧的PSC-30%SDC复合阴极材料与电解质接触良好,在750℃测得的界面极化电阻为0.054Ω·cm~2。PSC与SDC复合适当降低了阴极材料的热膨胀系数,PSC-30%SDC的热膨胀系数为16.77×10~(-6 ) K~(-1)。     

中低温固体氧化物燃料电池Sr_(1-x)Na_xSiO_(3-0.5x)(x=0.35,0.45)电解质的性能研究

将具有高离子传导的Sr_(1-x)Na_xSiO_(3-0.5x)(x=0.35,0.45)材料应用于中温固体氧化物燃料电池电解质.利用X射线衍射(XRD)、范德堡法和阻抗测试对电解质样品的结构、电导率和阻抗谱进行了研究.XRD结果表明,利用固相反应法制备样品时,当烧结温度为950℃,烧结时间为15 h后可以获得Sr_(1-x)Na_xSiO_(3-0.5x)电解质材料单相结构.电导率结果表明,x=0.45的电解质样品显示出更高的电导率,其电导率在800℃时,达到0.027 S·cm~(-1).两种样品的阻抗谱结果显示,x=0.45的电解质具有更高的氧离子电导率.     

高性能H-SOFC质子阻塞复合阴极材料PBSF-SDC

采用EDTA-柠檬酸络合法制备了新型的无钴钙钛矿氧化物Pr_(0.5)Ba_(0.25)Sr_(0.25)FeO_(3-δ)(PBSF),XRD分析表明PBSF为立方钙钛矿结构,同时与Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(SDC)和BaZr_(0.1)Ce_(0.7)Y_(0.2)O_(3-δ)(BZCY)在1 000℃时具有良好的化学相容性。PBSF的热膨胀系数为15.2×10~(-6) K~(-1),明显低于Co基钙钛矿材料。以PBSF-SDC为阴极、NiO-BZCY为阳极、BZCY为电解质的单电池在750℃时最大功率密度为(865±38) mW/cm~2,极化电阻为0.092Ω·cm~2。结果表明,PBSC-SDC质子阻塞型复合阴极在H-SOFCs中具有潜在的应用前景。     

Ni-Fe支撑型固体氧化物燃料电池性能研究

设计并制备了Ni-Fe金属支撑型第三代固体氧化物燃料电池(SOFC)并对其进行表征.SOFC电池阳极、电解质、阴极分别采用了NiO-YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)、YSZ及YSZ-LSCF(La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ))材料,制备方法采用了单层流延及多层等静压结合的方法.在650~750℃的温度范围内对电池的性能进行表征,当阴极为空气,阳极通入氢气时,电池750℃最大功率密度为0.74 W/cm~2,电阻为0.45Ωcm~2,测试结果表明,此结构为Ni-Fe//Ni-YSZ//YSZ//YSZ-LSCF的金属支撑型固体氧化物燃料电池具有极高的性能及实用价值.     

柠檬酸-硝酸盐燃烧法合成Lu~(3+)和Gd~(3+)共掺杂CeO_2及其复合电解质的中温电性能

本文以柠檬酸-硝酸盐燃烧法合成Lu~(3+)和Gd~(3+)共掺杂CeO_2,再与二元硫酸盐制备复合电解质Ce_(0.8)Gd_(0.1)Lu_(0.1)O_(2-α)-KLiSO_4。采用X射线衍射技术测定单一Ce_(0.8)Gd_(0.1)Lu_(0.1)O_(2-α)和复合Ce_(0.8)Gd_(0.1)Lu_(0.1)O_(2-α)-KLiSO_4电解质的晶体结构。用交流阻抗法测定复合电解质在500–800℃范围内的中温电性能。结果表明,900°C下烧结5h后,形成了Lu~(3+)和Gd~(3+)共掺杂二氧化铈单一电解质。适当的二元硫酸盐的加入有助于复合电解质的烧结致密化。在500–800℃测试范围内,Ce_(0.8)Gd_(0.1)Lu_(0.1)O_(2-α)-KLiSO_4的电导率提高了两个数量级,800℃时,电导率达到4.1×10~(-3)S.cm~(-1)。     

PrBaCoCuO5+δ阴极材料在固体氧化物燃料电池中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了PrBaCoCuO_(5+δ)(PBCC)阴极.PBCC样品经1 000℃烧结10 h后已成纯相,为正交钙钛矿结构.其电导率经历了半导体到金属导电机制的转变.当测试温度为350℃时,电导率达到了最大值152 S·cm~(-1).当测试温度为700℃、750℃、800℃和850℃时,PBCC阴极的界面极化阻抗分别为0.197、0.101、0.056和0.032Ω·cm~2.其单电池的功率密度在850℃时为421 mW·cm~(-2).     

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。     

Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3-Li_2O陶瓷的结构、性能及其在偏置电场下的极化响应

采用柠檬酸盐法制备名义组成为Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3+x%Li_2O(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8)的陶瓷材料,研究在低温烧结条件下Li_2O含量对所制陶瓷材料的结构和介电性能的影响,并分析在偏置电场下所制陶瓷材料的介电响应及其内部极化行为。结果表明,室温下Li_2O固溶进入Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3晶格后,引起钙钛矿结构晶体的(200)晶面衍射峰的偏移和材料铁电-顺电相变温度的降低;处于顺电相的陶瓷材料中存在极性微区(PNRs),其对材料的非线性介电性能产生一定的贡献;添加较低含量的Li_2O(w(Li_2O)≤0.6%),陶瓷材料的PNRs尺寸和极化强度变化不明显,而Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3+0.8%Li_2O的PNRs尺寸和极化强度发生了明显的变化。     

界面层对LaBaCo_2O_(5+δ)阴极电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法在中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极LaBaCo_2O_(5+δ)(LBCO)和电解质yttria-stabilized zirconia(YSZ)界面之间制备与电解质同质的过渡界面层。利用X线衍射仪(XRD)研究物质的晶体结构和化学相容性,通过扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗谱法和循环伏安法分别对试样的微观结构和电化学性能进行了研究。实验结果表明:过渡界面层使电解质表面形成"岛状"列阵结构;在800℃时,未引入和引入YSZ过渡界面层LBCO阴极的比表面电阻从0.354Ω·cm~2降低到0.215Ω·cm~2,下降了约39.3%。过渡界面层的引入使阴极的比表面电阻和极化过电位均降低,表现出更好的电化学性能。     

MoO_3掺杂Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)陶瓷的光学性能

采用流延成型和固相反应法制备Sm_(0.5)Sr_(0.5)Co_(1-x)Mo_xO_(3-δ)(0≤x≤0.5)陶瓷。研究不同Mo掺入量对Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)的结构和光学性能的影响。结果表明:当x≥0.1时,样品主相为钙钛矿结构,但相继出现新相SrCo_(0.5)Mo_(0.5)O_3和SrMoO_4;随着Mo~(6+)的引入和掺杂量的增加,样品的吸收率和发射率均增加,选择吸收比下降;掺入Mo~(6+)样品的室温和高温电导率值均下降,主要是因为掺入离子减少了Co~(3+)-O-Co~(4+)反应单元和阻碍了双交换反应的进行,生成的低导电杂相又破坏了原连续的导电通路。电导率值的变化直接影响样品的发射率值,电导率降低对应发射率升高。     

复合电解质Ti_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/NaPO_3/NaTi_2(PO_4)_3的中温电性能研究

本文以H_3PO_4、Ti O_2、Al_2O_3和草酸钠为原料,合成了复合电解质Ti_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/Na PO_3/Na Ti_2(PO_4)_3。采用XRD对复合电解质的结构进行了表征。研究了其在400-800℃范围内的电导率,并以Ti_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/Na PO_3/Na Ti_2(PO_4)_3为电解质隔膜组装了H_2/O_2燃料电池。XRD结果表明反应物经过充分反应,形成了三元复合电解质。800℃时,Ti_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/NaPO_3/Na Ti_2(PO_4)_3有最高电导率6.0×10~(-2)S·cm~(-1)。800℃时开路条件下复合电解质的极化电阻值为0.23Ω·cm~2,燃料电池最大功率密度为90.6 m W·cm~(-2)。     

喷涂条件与热处理对La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)涂层含氧量的影响

采用火焰喷涂与等离子喷涂方法制备了La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)层,并在1000℃热处理3 h,用碘滴定法测定了涂层热处理前、后的含氧量,研究了喷涂方法、制备条件及热处理对该阴极涂层含氧量的影响.结果表明:受喷涂过程中高温加热过程的影响,原始涂层存在大量的氧空位,含氧量较低;等离子喷涂层的氧损失量显著高于火焰喷涂层.经热处理后,缺失的氧得到一定程度的回复,涂层含氧量增加.较高的氧空位浓度使喷涂态La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)层发生晶格畸变,从而使其发生从钙钛矿结构的立方晶向四方晶的转变,而热处理引起的氧回复则可使结构回复至立方晶.     

制备工艺对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料微结构和电化学性能的影响

为研究制备工艺对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料微结构及电化学性能的影响,采用共沉淀法,在搅拌速度分别为500、600、700、800 r/min下合成前驱体,再经850℃焙烧制得LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等表征了样品的微结构;以CV阻抗测试、恒流充放电等技术测试了样品的电化学性能。结果表明,所有样品均为单一的六方晶系相,没有其他杂相。前驱体的搅拌速度为500、600、700、800 r/min时制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的首次充电比容量分别为167.4、185.8、169.4、149.6 m Ah/g,首次放电比容量分别为147.9、165.6、141.9、122.6 m Ah/g,首次库仑效率分别为88.3%、89.12%、83.6%、82.0%。可见,前驱体的搅拌速度为600 r/min、焙烧温度为850℃时所制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料具有较好的电化学性能。     

BiFe_(0.9)Co_(0.1)O_3/Sr_3Co_2Fe_(24)O_(41)单层及双层复合十字空隙周期结构的微波吸收特性

采用时域有限差分(FDTD)法计算了具有十字空隙周期结构的单层BiFe_(0.9)Co_(0.1)O_3、Sr_3Co_2Fe_(24)O_(41)以及BiFe_(0.9)Co_(0.1)O_3/Sr_3Co_2Fe_(24)O_(41)双层复合材料的微波反射率,研究空隙尺寸对材料吸波性能的影响.结果表明,适当尺寸的周期性十字空隙结构能有效地提高材料的吸波效果.当十字形空隙的尺寸为长l=16mm,宽h=2mm时,BiFe_(0.9)Co_(0.1)O_3在频率15.8GHz位置的吸收峰峰值-23.2d B、-10d B频宽3.2GHz,Sr_3Co_2Fe_(24)O_(41)在频率15.2GHz位置的吸收峰峰值-42.5d B、-10d B频宽6.5GHz,BiFe_(0.9)Co_(0.1)O_3/Sr_3Co_2Fe_(24)O_(41)在频率16.1GHz位置的吸收峰峰值-63d B、-10d B频宽为4.3GHz.     

草酸盐共沉淀工艺制备La_x Zn_x Ba_(1-x)Fe_(12-x)O_(19)铁氧体

采用草酸盐化学共沉淀工艺制备了 La_x Zn_x Ba_(1-x)Fe_(12-x)O_(19)磁铅石型铁氧体,研究了烧结过程的相变与磁性,主要结论如下:1) 当 La 的置换量小于0.8时,基本上可以形成 FeC_2O_4·2H_2O 为基的(La,Ba,Zn,Fe)草酸盐固溶体。2)La_x Zn_x Ba_(1-x)Fe_(12-x)O_(19)相的生成温度随 x 值的增加(x(?)0.8)而升高。3)La_x Zn_x Ba_(1-x)Fe_(12-x)O_(19)的室温比磁化强度随 x 值的增加(x(?)0.8)而增大,居里温度随 x 值的增加而降低。     

中温固体氧化物燃料电池PrBa0.5Sr0.5Co2O5+δ-Ce0.9Gd0.1O1.95复合阴极的性能研究

采用固相法制备PrBa0.5Sr0.5Co2O5+δ(PBSC)中温固体氧化物燃料电池阴极材料.研究结果表明:PrBa0.5Sr0.5Co2O5+δ为正交钙钛矿结构.交流阻抗谱的测试结果表明,PBSC-40%GDC电极在800℃时的极化电阻为0.039Ω.cm2.以电解质为支撑体的单电池在800℃时的功率密度达到645 mW.cm-2.     

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-Ag复合阴极材料的性能研究

为发展中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的阴极材料,用柠檬酸络合法合成了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)粉体,并在BSCF中加入一定量的金属Ag作为SOFC的阴极材料.高温电阻测试表明复合阴极材料(BSCF-Ag)比纯BSCF材料具有较高的电导率.同时用交流阻抗法研究了BSCF-Ag复合阴极材料的性能,实验结果表明BSCF-Ag复合阴极材料的极化电阻明显小于纯BSCF,在750℃BSCF的极化电阻为0.41Ω.cm2,而BSCF-Ag的电阻仅为0.12Ω.cm2,约为BSCF的1/4.这标志着参杂Ag的BSCF阴极材料的性能明显优于纯BSCF材料.     

Cu掺杂La0.5Ba0.5CoO3-δ阴极材料动力学性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构La_0.5Ba_0.5Co_1-xCu_xO_3-δ(LBCC_-x,0≤x≤0.4)氧化物,系统地研究了Cu部分取代Co对LBCC_-x阴极材料的晶体结构、电导率和电化学性能的影响.研究结果表明：Cu掺杂La_0.5Ba_0.5CoO_3-δ增加了晶格体积和氧空位浓度,降低了电极材料的电导率.Cu部分替代Co有效改善了LBCC_-x阴极材料的电化学性能.当温度为750℃时极化阻抗为0.043Ω·cm^-2,La_0.5Ba_0.5Co_0.7Cu_0.3O_3-δ,(LBCC₃)表现出最优的氧还原反应活性.弛豫时间分布(DRT)分析表明,气体扩散是LBCC_-x阴极材料电催化...