固体电解质BaCe1-xREXO3-δ的电导率及燃料电池性能

利用溶胶-凝胶法合成了BaCe1-xRExO3(RE稀土)系列固体电解质,结果证明纯BaCeO3导电性较差,RE3+的引入,取代了晶格中的Ce4+,增加了氧空位,大大提高了体系的导电性.文章还研究了掺杂的BaCeO3体系的导电机理,讨论了不同稀土离子掺杂对电导率的影响,以BaCe1-xRExOa-δ为固体电解质组装了H2/O2燃料电池,电池的开路电压接近1V,短路电流密度超过100mA/cm2,以BaCeo.8Cdo.2O2.9为SOFC电解质,800℃时最大输出功率密度达30mW/cm2.     

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。     

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。     

Ce0.8Sm0.2O1.9纳米晶的改性共沉淀法合成及表征

采用以Ce（NO3）3，Sm（NO3）3和（NH4）2CO3为反应物，聚乙二醇（PEG）为分散剂的改性共沉淀法合成了Ce0.8Sm0.2O1.9纳米晶．在PEG存在条件下，从Ce（NO3）3，Sm（NO3）3和（NH4）2CO3的混合溶液中生成了Ce2（CO3）3和Sm2（CO3）3的共沉淀纳米线．实验结果显示，采用该方法得到的共沉淀团聚很少，且随着聚乙二醇添加量的增加，纳米线的线径减小．将纳米线在很低的温度（约300℃）下焙烧基本形成了Ce0.8Sm0.2O1.9纳米晶，比通常的共沉淀法的焙烧温度（约500℃）降低了约200℃．     

甘氨酸-硝酸盐法制备 Ce0. 8 Gd0. 2 O1.85阳极材料的研究

采用甘氨酸-硝酸盐法制备了Ce0. 8 Gd0. 2 O1.85（GDC82）阳极材料。用XRD，DC-FP，TPR等技术对材料的性能进行表征。GDC82在H2气氛下的总电导率整体增加，且随温度的升高而迅速增加，在850℃达到0．4S／cm，GDC82与La1-x，Srx Cr1-y，MnyO3-δ。（LSCM）阳极材料化学相容性较好，且对氢气和甲烷具有较好的催化氧化效果。     

Ba1.03Ce0.8Gd0.2O3-α固体电解质的合成及其燃料电池性能

分别用高温固相反应法及溶胶一凝胶法合成了Ba1．03Ce0．8Gd0．2O3-α固体电解质，测定了两种方法合成样品的结构和600℃～1000℃时的氢-空气燃料电池性能．结果表明，两种方法合成的样品均为钙钛矿型斜方晶结构，用溶胶一凝胶法合成的粉体的烧结温度为1450℃，比高温固相法的烧结温度（1650℃）降低了200℃，其燃料电池具有更好的性能．     

固体电解质BaCe_(1-x)RE_xO_(3-δ)的电导率及燃料电池性能

利用溶胶 -凝胶法合成了 Ba Ce1 - x REx O3-δ( RE:稀土 )系列固体电解质 ,结果证明纯 Ba Ce O3 导电性较差 ,RE3+ 的引入 ,取代了晶格中的 Ce4+ ,增加了氧空位 ,大大提高了体系的导电性。文章还研究了掺杂的 Ba Ce O3体系的导电机理 ,讨论了不同稀土离子掺杂对电导率的影响 ,以 Ba Ce1 - x REx O3-δ为固体电解质组装了 H2 /O2 燃料电池 ,电池的开路电压接近 1V,短路电流密度超过 10 0 m A/cm2 ,以 Ba Ce0 .8Gd0 .2 O2 .9为 SOFC电解质 ,80 0℃时最大输出功率密度达 30 m W/cm2 。     

Al2 O3掺杂对Ce0.8 Gd0.15 Y0.05 O2-δ固体电解质的微结构与电性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了AlO1.5掺杂浓度为0.5%,1.0%,2.0%的AlO1.5/Ce0.8Gd0.15Y0.05O2-δ固体电解质材料,利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和交流阻抗谱研究了Al2O3掺杂对Ce0.8Gd0.15Y0.05O2-δ微观结构及电性能的影响,结果表明：800℃焙烧的所有粉末样品均为单相立方萤石结构,在所有样品中,AlO1.5掺杂量为0.5%的样品晶粒均匀,较致密,交流阻抗谱测试表明掺杂AlO1.5（x=0.5%）使Ce0.8Gd0.15Y0.05O2-δ晶界电阻减小,晶界电导率增高;当AlO1.5掺杂量x≥1%时,Al2O3对晶界的阻塞作用使晶界电导率降低,在所有样品中Ce0.8Gd0.15Y0.05O2-δ/0.5%AlO1.5晶界电导率最高（σ700℃=8.12×10-3S/cm）,说明在Ce0.8Gd0.15Y0.05O2-δ少量掺杂AlO1.5（x=0.5%）具有烧结助剂和晶界清除剂的作用.     

IT-SOFC电解质Ce0.8Sm0.2O1.9的制备与性能

采用柠檬酸硝酸盐法合成出钐掺杂的氧化铈电解质Ce0 8Sm0 2O19(SDC)粉体,XRD结果显示该粉体为单相萤石结构.将粉体干压成型,在1400℃下烧结10 h可得到高致密度电解质.通过烧结实验,分析样品的烧结温度和密度,并测量其热膨胀曲线.以Ce08Sm02O19作为电解质组成单电池,在850℃其最大输出功率密度...     

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。     

Ca[（Li1／3Nb2／3）0．95Zr0．15]O3＋δ陶瓷的低温烧结

研究了ZnO—B2O3-Na2O（ZBN）玻璃及B2O3复合掺杂对陶瓷的烧结性能及微波介电特性的影响．研究表明,在990℃,掺入质量分数3wt％ZBN＋0．7wt％B2O3,陶瓷微波介电性能最佳：εt=31．8,Qf=13230GHz,τf=-5．2ppm／℃．     

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。     

Ce0.8Pr0.2-x Smx O2-δ(x=0.02,0.05,0.10)固溶体的合成及性质

采用溶胶-凝胶法制备固体电解质Ce0.8Pr0.2-xSmxO2-δ(x=0.02,0.05,0.10).XRD结果表明:800℃煅烧后的全部样品皆为单一的立方萤石型结构,平均晶粒尺寸为19～28 nm;Raman光谱结果表明:立方萤石结构的Ce0.8 Pr0.2-x Smx O2-δ 固溶体中存在氧空位,在Ce0.8 Pr0.2-x Smx O2-δ 中掺入钐可提高氧空位浓度;阻抗谱测试表明:稀土双掺杂Ce0.8 Pr0.15 Sm0.05 O2-δ 的电导率高于单一稀土掺杂Ce0.83 Sm0.17 O2-δ 的电导率,且Ce0.8 Pr0.15 Sm0.05 O2-δ的电导率最大,σ600℃为1.2×10-2 S/cm,这归因于样品Ce0.8Pr0.15Sm0.05O2-δ 中较高的氧空位浓度和小极化子的跃迁.     

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.     

中温固体氧化物燃料电池NdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ-GDC复合阴极材料的性能研究

制备了复合阴极材料NdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ-40%Ce0.9Gd0.1O1.95(NBSC-40%GDC).NBSC-40%GDC的平均热膨胀系数(TEC)为16.0×10-6K-1,其在700℃时极化电阻仅为0.134Ω.cm2.进行了以电解质为支撑体的单电池(NBSC-40%GDC/LSGM/NiO-GDC)的性能测试,在800℃时,功率密度达到382 mW.cm-2.     

一种以H2S为燃料的固体氧化物燃料电池

研究了在一个大气压和750～850℃下,具有H2S、(MoS2 NiS Ag)／YSZ／Pt和空气结构的固体氧化物燃料电池的电化学性能,发现升温有助于增强电解质的离子传导性,使电池性能变好．在750℃下,阳极通入H2S、阴极通入空气时,电池的最大电流密度和最大功率密度分别达800mA／cm^2和84mW／cm^2;在850℃下,电池的最大电流密度和功率密度分别达1750mA／cm^2和200mW／cm^2．     

复合掺杂固体电解质氧离子导电性的回归模型

基于导电粒子模型分析，采取数学简化处理手段，建立了关于氧离子导电电解质掺杂体系的数学模型和线性回归方程．测量了采用Y2O3，Sm2O3，Nd2O3，La2O3复合掺杂形成的Ce0.8Gd0.2-xMxO1.9-δ的一系列组分的高温电导率．运用该线性回归数学模型分析某些已有数据和本试验数据，都得到线性相关性较好的结果．分析表明，掺杂离子和所取代离子的半径差越大，离子导电性越高．改进该模型可望使之具有更好的预测性．     

固体氧化物燃料电池阴极材料La1-x Srx Fe1-y Mny O3-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-x Srx Fe1-y MnyO3-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-x SrX Fe1-y Mny O3-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La0.6 Sr0.4 Fe0.9 Mn0．1O3-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，La0.06 Sr0.4 Fe0.9 Mn0.1O3-δ与La0.9 Sr0.1 Ga0.8 Mg0.2 O3-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。     

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.     

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.