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。     

Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)阴极材料制备与性能表征

凝胶浇注法制备了阴极材料Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ),并对Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)材料的性能进行分析。制备的Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)为钙钛矿相,其颗粒粒度小,并且尺寸均匀。将粉末在1000℃下烧结,所得烧结体的孔隙率为29.86%。在500~800℃温度范围内测试,测试温度升高,电导率降低,在500℃时电导率最大为38.2 S/cm。阴极Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)与电解质Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)做成阴极对称单电池,在800℃时测得欧姆阻抗和界面阻抗分别为1.92Ω·cm~(-2)和0.17Ω·cm~(-2),阴极BSCF与电解质SDC的化学相容性好。     

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.     

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.     

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。     

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)。     

基于NH3燃料的Ni-BZCYYb阳极在SOFC中的应用

NH₃作为一种储氢燃料可应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)发电。文章用溶胶-凝胶法合成了Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃(BSCF)和BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O₃(BZCYYb)钙钛矿材料，并对其进行了XRD表征，结果表明两者均呈现单一的钙钛矿相和良好的化学稳定性。对Ni O-BZCYYb|BZCYYb|BSCF单电池的性能、稳定性和表面形貌进行了研究。在NH₃气氛中，单电池在700℃有最大的功率密度(426 mW·cm^-2)。电池稳定性通过在700℃时的长期放电测试情况来反映，结果表明单电池在700℃、313 mA·cm^-2的条件下可以持续放电95 h，说明电池的稳定性较高。以上结果证明以NH₃为直接燃料的H⁺     

纳米复合Li2SO4质子传导膜H2S中温燃料电池

开发了一种制备纳米复合Li_2SO_4质子传导电解质和膜电极组装(MEA)的工艺.与传统的丝网涂布工艺不同,新的制备工艺是将阳极、阴极催化剂与纳米复合电解质同时一次压制成MEA.这就使得MEA的设计具有某些结构上的特点,由于膜厚减少和电极与电解质之间的接触良好,可以降低电解质与电极之间的欧姆电阻,提高其机械和导电性能,增加膜的质子传导性以及改善电池的性能.用电子扫描电镜(SEM)和电化学阻抗分析技术对电解质薄膜进行了表征,结果表明,纳米复合材料改善了MEA的总体性能.由于膜的致密性和不透气性,不会发生气体穿透过膜的现象.MEA在H_2S环境中很稳定.电池结构为H_2S,(MoS_2/NiS Ag 电解质量 淀粉) /Li_2SO_4 Al_2O_3/(NiO Ag 电解质量 淀粉),空气、MEA厚为0.8mm、电解质组成为65% Li_2SO_4 35% Al_2O_3的单电池在680℃时产生最大功率密度为130mW/cm~2,相应的电流密度为200mW/cm~2.     

碳氢气为燃料气的SOFC阳极改性研究

为使Ni-YSZ阳极支撑的固体氧化物燃料电池能以碳氢气为燃料气稳定工作,采用化学镀银法对电池阳极进行镀银改性研究,在750℃分别以氢气和乙烷为燃料气,测试电池的电化学性能,并采用扫描电子显微镜对测试前后的阳极进行表征.结果表明阳极镀银后,电池极化电阻减小,放电性能和抗积炭能力提高.化学镀银法镀银10 min的电池在750℃以氢气为燃料气时,最大功率密度463 m W·cm~(-2),比未镀银电池增加28.6%,以乙烷为燃料气时能以330 m A·cm~(-2)恒流稳定运行24 h.这使得固体氧化物燃料电池以碳氢气为燃料气稳定运行成为可能,将为污泥资源化提供一个新途径.     

具有多级导电网络钴酸镍的电催化氧还原性能

在花状脲醛树脂基碳材料上采用两步法合成了具有多级导电网络的氮掺杂碳负载Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4(NC/Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4),并探究了NC/Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4作为氧还原催化剂的催化性能及直接甲醇燃料电池的单电池性能。文中分别使用NC/Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4及Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4样品作为直接甲醇燃料电池阴极催化剂,PtRu/C作为阳极催化剂和聚合物纤维膜作为电解质膜,进行了单电池性能测试。在以Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4为阴极催化剂时,电池最大输出功率密度为1.9 m W/cm~2,而以NC/Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4作为阴极催化剂,其电池最大输出功率密度为7.4 m W/cm~2。并且在阻抗测试中,以NC/Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4和Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4样品作为阴极催化剂对应的DMFCs电池内阻分别为0.26Ω·cm~(-2)和0.79Ω·cm~(-2)。结果表明,具有多级导电网络结构的NC/Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4展现了更好的导电性和氧还原催化性能。其中,NC/Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4中的脲醛树脂基碳可以形成三维导电网络和作为催化剂负载骨架,而同时Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4纳米片表面吸附的导电炭黑,在Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4纳米片表面形成了新的导电网络,进一步加速反应过程中电子在Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4纳米片上的传输,从而构筑多级导电网络,这显著提高了NC/Co_(1.29)Ni_(1.71)O_4电催化剂的本征催化活性。     

熔融碳酸盐燃料电池实验研究

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是第2代燃料电池,工作温度650°C.组装了12cm×10cm的MCFC单体电池,开发了电池的关键材料、烧结及升温程序.电池以多孔陶瓷板材料γ-LiAlO2作为电解质支持体,其厚度为0.8mm,孔径分布0.1～0.8μm,孔隙率50%;阴极采用多孔板Ni,厚度为0.8mm,平均孔径为12μm,孔隙率55%;阳极采用多孔板Ni,厚度为0.8mm,平均孔径为8μm,孔隙率50%.电池的开路电压达到1.10V,电流密度达到120mA/cm2,工作时输出电压为0.65～0.70V,输出功率5～10W.     

基于陶瓷电极的质子交换膜在低温常压合成氨中的应用

以多孔性Ni—La0.9Ba0.1Ga0.8Mg0.2O（3-α）为阳极,多孔性Sm0.2Ce0.8O2为阴极,基于质子离子液体（PIL）的质子交换膜为电解质,组装成单电池。用交流阻抗法测定质子交换膜在氢气气氛中30-110℃的电导率,最高电导率出现在90℃,为1.4×10^3 S cm^1。用该单电池进行常压合成氨,最佳条件下（温度为90℃,电流为1.4 mA）的氨产率为3.5×10^-9mol s^-1cm^-2。     

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)。     

Sn_(0.95)Ga_(0.05)P_2O_7/聚四氟乙烯复合电解质的中温电性能

本文采用固相法合成了有机-无机复合电解质聚四氟乙烯/Sn_(0.95)Ga_(0.05)P_2O_7。XRD、SEM结果表明Sn_(0.95)Ga_(0.05)P_2O_7和PTFE复合没有发生反应生成新物质。采用电化学工作站研究了在中温(50~250℃)范围样品的电性能。电导率测试表明气体气氛显著影响电导率:σ(wet O_2)σ(wet N_2)σ(dry N_2)σ(dry O_2)。复合电解质在干燥氧气气氛中,175℃电导率达到最大值为:2.6×10~(-2)S·cm~(-1)。湿润氧气气氛下的水蒸气浓差电池说明质子导电性在复合电解质中存在。H_2/O_2燃料电池性能测试表明,在150℃下,最大输出功率密度为63 mW·cm~(-2)。     

过渡层对掺Al2O3的YSZ电解质支撑SOFC的影响

采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法合成阳极材料NiO以及阴极材料La0.8Sr0.2MnO3(LSM),分别将电解质YSZ(8 %(摩尔分数)氧化钇稳定氧化锆)和掺4%Al2O3的YSZ压片后在1 450 ℃下烧结4 h,在掺Al2O3电解质的阳极侧涂刷过渡层后于1 200 ℃烧结1 h.以加湿氢气(含3%H2O)为燃料、环境空气为氧化剂,测试3种电池的输出性能和交流阻抗谱.结果表明:850 ℃时,含Al2O3的电池输出性能最差,输出功率约为0.083 W/cm2;含Al2O3并具有过渡层的电池输出性能最好,输出功率约为0.120 W/cm2;交流阻抗谱分析表明,含Al2O3并具有过渡层的电池的欧姆电阻与界面电阻均比不含过渡层的明显减小,说明YSZ中添加的Al2O3在高温烧结过程中,与阳极材料NiO发生反应生成不导电的镍铝尖晶石.过渡层的存在,不仅保留了Al2O3对电解质的贡献,也抑制了不导电的镍铝尖晶石的生成.     

BaCe0.8 M0.2 O29(M=Y、Gd、Sm)电解质在中、低温天然气燃料电池中的性能研究

采用干压法制备阳极支撑固体氧化物燃料电池。阳极的组成为50wt%NiO＋50wt%SDC（Ce0．8SM0.2O2-δ）;电解质为BaCeO3及搀杂的BaCe0．8M0．2O29（M=Y、Gd、Sm）;阴极采用85wt％LSCF（La0．9Sr0．1Co0.2Fe0．8O3-δ）＋15wt％GDC（Ce0.8Gd0．2O2-δ）复合阴极（wt代表质量百分数）。在400℃-600℃的范围内,以天然气为燃料气,氧气为氧化气,50℃为间隔,测试并比较了各电池的性能,并用X射线衍射（XRD）分析所制样品粉体在1350℃烧结10小时后的晶体结构。实验表明：搀杂的BaCe0．8M0．2O29（M=Y、Gd、Sm）具有与BaCeO3相同的正交钙钛矿型结构。测试条件下以BaCe0．8Gd0．2O2．9为电解质的燃料电池具有更优的电化学性能,在600℃电池的最大电流密度为238．93mA／cm^2,最大功率密度为49．41mW／cm^2。     

GOD/Lac生物燃料电池的构建与性能研究

使用葡萄糖糖氧化酶(GOD)和漆酶(Lac)分别做酶生物燃料电池的阳极与阴极,构成了GOD/Lac酶生物燃料电池.首先通过循环伏安法研究了酶生物燃料电池阳极催化剂GOD和阴极催化剂Lac在碳布基底电极上的直接电化学行为,结果表明:GOD与Lac在该修饰电极上均完成了一个直接、可逆的电化学过程,保持了自身的生物学活性,为成功构成GOD/Lac酶生物燃料电池提供一个必要条件.其二,采用葡萄糖作为GOD/Lac酶生物燃料电池的阳极燃料,氧气(O2)作为GOD/Lac酶生物燃料电池的阴极燃料,使用充放电仪测得该GOD/Lac酶生物燃料电池在38.5 mV处的最大输出功率密度为0.108μW·cm-2,电流密度为2.75uμA·cm-2.     

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)。     

直接膜沉积制备高性能增强型质子交换膜燃料电池膜电极

质子交换膜燃料电池膜电极的性能直接决定燃料电池的输出性能,超薄质子交换膜的使用可以有效提升燃料电池峰值功率。该文将静电纺丝与直接膜沉积技术相结合,制备聚芳醚砜材料并纺丝成为纳米纤维覆于气体扩散电极上,作为薄膜增强层,再以商业全氟磺酸树脂分散液直接沉积成膜制得阴极和阳极。复合薄层膜厚度约为13μm,氢空电池的峰值功率密度为1.18 W/cm~2,与厚度相近的商业Nafion~? NC700膜的峰值功率密度0.96 W/cm~2相比,提高了23%。通过对膜电极进行综合优化,在氢氧条件下电池峰值功率密度可达3.55 W/cm~2,且阴极湿度降低对电池影响不大。利用聚芳醚砜纳米纤维作为增强层制备超薄膜电极具有优异性能,在低湿度条件下亦有高性能输出,具有广泛应用前景。     

过渡层对掺有Al2O3的YSZ电解质支撑SOFC的性能影响

采用甘氨酸－硝酸盐燃烧法合成阳极材料NiO以及阴极材料La0.8Sr0.2MnO3（LSM）.将电解质8mol%钇稳定氧化锆（YSZ）和掺有4wt% Al2O3的YSZ压片后在1450℃烧结4h.在掺有氧化铝电解质的阳极侧涂刷过渡层后于1200℃烧结1h.以加湿氢气（含3％体积比H2O）为燃料,环境空气为氧化剂,测试了三种电池的输出性能和交流阻抗谱.结果表明:850℃时,含Al2O3的电解质输出性能最差,输出功率约为83mW/cm2.含Al2O3并具有过渡层的电池输出性能最好,输出功率约为120mW/cm2.通过交流阻抗谱分析,后者电池的欧姆电阻与界面电阻均比前者明显减小.表明YSZ中添加的Al2O3在高温烧结过程中,与阳极材料NiO发生反应生成不导电的镍铝尖晶石.过渡层的使用,不仅保留了Al2O3对电解质的贡献,也抑制了不导电的镍铝尖晶石的生成.