YSZ包覆NiO阳极的SOFC发电性能

采用NH3·H2O-NH4HCO3为缓冲溶液，共沉淀法制备YSZ包覆NiO的NiO-YSZ阳极材料，分析了材料的物相和粒径大小。分别以YSZ包覆的NiO、商用NiO／YSZ为阳极，LSM为阴极，制作YSZ电解质支撑的板状固体氧化物燃料电池，进行发电性能比较。以YSZ包覆的NiO为阳极的电池，功率密度高、极限电流密度大。扫描电镜观察表明，YSZ包覆的NiO制作的阳极表面形成了的网状结构。阳极三相界面、孔隙率提高，是电池性能提高的原因。     

YSZ包覆NiO阳极的SOFC发电性能

在溶解Y2O3的盐酸溶液中,加入ZrOCl2·8H2O和NiO,采用NH3·H2O-NH4HCO3为缓冲溶液,以共沉淀法制备了YSZ包覆NiO的NiO-YSZ阳极材料.用X射线衍射仪和透射电镜,分析了所制取材料的物相和粒子粒径大小.分别以YSZ包覆的NiO和商品NiO/YSZ为阳极,LSM为阴极,制作YSZ电解质支撑的板状固体氧化物燃料电池,进行发电性能比较.结果表明,以YSZ包覆的NiO为阳极的电池,功率密度高、极限电流密度大.扫描电镜观察表明,YSZ包覆的NiO制作的阳极表面形成了网状结构,使阳极三相界面和孔隙率提高,从而提高了电池性能.     

固体氧化物燃料电池阳极材料综述

固体氧化物燃料电池是一种全固体结构的燃料电池,是当前新能源开发的主要方向之一.阳极做为燃气的电化学氧化场所对于电池性能发挥着至关重要的作用.     

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⁺     

运行条件对阳极支撑型固体氧化物燃料电池性能退化和阳极微观结构演变的影响

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种清洁高效的发电技术,在分布式发电站、家庭热电联供以及电动汽车领域具有广阔的应用前景。然而SOFCs性能的快速衰减导致运行寿命缩短,阻碍了其商业化进程。本文旨在研究运行条件对SOFCs性能衰减和阳极微观结构演变的影响规律,给电池性能和稳定性的优化提供理论指导。本文研究了不同运行温度、放电电流密度、运行时间对电池端电压、极化阻抗以及微观结构的影响,解析了阳极微观结构演变规律。研究结果表明,电池放电初期会经历一个快速的衰减期,然后达到稳定状态。大电流密度放电会增加阳极的极化,从而加剧电池初期的衰减率。通过电池阻抗的解析发现初期衰减主要来自于阳极极化电阻的增加。通过阳极微观结构解析,发现阳极与电解质界面活性区域中的Ni催化剂的流失是导致电池运行初期性能下降的主要原因。经过初期快速衰减后,电池性能趋于稳定,在恒流放电工况下运行3000 h,极化电阻增长率仅为0.17%/kh。通过阳极微观结构的三维重构解析可知,在经历初期快速衰减后,电池阳极微观结构的变化较小,电池稳定性较好。未来的研究重点将聚焦在提高电池在复杂工况下的耐久性,并通过调控阳极组成和微观结构抑制电池性能的快速退化。     

柠檬酸燃烧法合成Al掺杂Sr_2MgMoO_(6-δ)阳极材料及其性能

通过柠檬酸燃烧法合成了Sr2Mg1-xAlxMoO6-δ(SMAM)阳极材料.利用X射线衍射仪和扫描电镜对其结构和形貌进行表征.考察了制备条件对其结构和致密度的影响.结果表明,还原气氛不利于材料的致密化,而氧化气氛可以促进材料的致密化过程.与氧化气氛相比,还原气氛下Al离子在材料中的固溶度较大.对氧化气氛下制备的SMAM样品在低温下进行还原,可以增加Al离子的固溶量.同时,材料的电导率随着Al含量的增加而增大.     

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.     

Ce0.8Sm0.2O1.9中间层对La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ阳极电化学性能的影响

通过固相反应法合成La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)以及Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)粉体。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗谱法、循环伏安法和热膨胀法分别对试样的晶体结构、化学相容性、微观结构、电化学性能和热膨胀系数进行了研究。结果表明:LSCM阳极与SDC之间具有良好的化学相容性;含有SDC中间层的LSCM阳极显示出更小的比表面电阻和极化过电位;在800℃H2气氛下,含有SDC中间层的LSCM阳极的比表面电阻为0.76Ω.cm2,与单层LSCM阳极相比下降了72.1%,阳极极化过电位(电流密度为0.05A/cm2)下降了70.4%;SDC中间层的加入会导致热膨胀不匹配率的略微增大。     

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.     

燃料电池阳极材料的物理机械性能研究

以NiO和钐掺杂氧化铈(SDC)为原料,通过粉末冶金工艺制备出用于燃料电池的NiO/SDC阳极烧结体和Ni/SDC阳极材料,并测试了其孔隙率、孔径分布及电导率等物理机械性能。结果表明,NiO/SDC阳极材料性能依赖于其制备工艺和原料粉体性能,为获得具有良好综合性能的燃料电池阳极材料,必须对原料粉体及烧结工艺参数进行优化设计。     

固体氧化物燃料电池的料浆喷涂法制备及性能

采用料浆喷涂法在NiO/YSZ阳极支撑体上制备了YSZ电解质膜并将其制成固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池,并采用CHI电化学工作站和扫描电镜(SEM)对其伏安特性、阻抗谱和电池横断面的微观结构进行了测试和研究.结果表明:电池正常工作,开路电压随温度的升高而下降,从500℃的1.054 V降到800℃的0.963 V,800℃的最大功率密度为57×10-3W/cm2;电池在较低的工作温度下电阻损失主要来自界面电阻,随温度的升高界面电阻明显降低;电解质膜的厚度约为30μm,阳极微观结构不够均匀,这是造成欧姆电阻的主要原因.     

Pt｜YSZ｜Ag 固体燃料电池研究

研制出管式Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ单体电池,设计组装了电池性能测试系统,在３００～６５０℃范围内用甲烷做燃料气体测试了电池开路电压随温度及燃料气体流量的变化关系．发现电池开路电压随温度升高逐步增大,但增大速度在各温度段不同;电池开路电压随燃料气体流量的增加大致呈现出对数增加形式,燃料气体流量不大时开路电压增大速度很快,燃料气体流量变大后开路电压增大的速度越来越小,直至不变．     

阳极支撑平板SOFC单电池热应力数学模型分析

运用固体力学中的板壳理论分析了阳极支撑型平板SOFC单电池中各层的热应力状态，在各类边界条件下得到了相应的热应力分析，认为在通常的边界条件即连接板协同膨胀情况下单电池受拉应力。防止拉应力导致单电池破裂的主要措施是尽量减少连接板的热膨胀系数α0，使（α0-αi）更小。自由边界没有热应力，但有最大的热变形，因此生胚烧结成形时必须加外力压紧。     

固体氧化物燃料电池阳极基底预烧温度的研究

采用固相反应法制备阳极支撑型固体氧化物燃料电池的阳极基底.由于制备温度不同,导致阳极基底在与电解质共烧结过程中收缩率不同,电池出现形变.为了消除这种形变,本文改变阳极基底的烧结温度,使阳极的收缩率与电解质的收缩率相匹配,得到了阳极的最佳预烧温度.     

甘氨酸-硝酸盐法合成La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ阳极材料及性能研究

用甘氨酸-硝酸盐法合成了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM7355)阳极材料。LSCM7355前驱体在1200℃下烧结5h后得到了单一钙钛矿型材料,材料中各元素摩尔比例与设计值吻合较好。1000℃和1200℃烧结5h后,LSCM7355粉体分别为纳米和微米结构。在250～850℃范围内,空气气氛下,LSCM7355的电导率符合小极化子绝热导电机理,其在850℃时为25S/cm。LSCM7355材料在还原气氛下电导率比氧化气氛下低。     

固体氧化物燃料电池阳极基底造孔剂含量的研究

采用固相反应法制备阳极支撑型固体氧化物燃料电池的阳极基底,在阳极基底中加入不同含量的造孔剂.采用SEM观察阳极微结构,并用阿基米德排水法测量阳极的孔隙率.随着阳极中造孔剂含量的增多,阳极的孔隙率增加,电池的浓差极化被消除,电池性能明显提高.但是太高的孔隙率会降低阳极结构的强度,减少三相反应区的数量,降低电池的性能.本文通过对阳极中造孔剂的含量的研究,找到了合适的造孔剂的含量.     

固体氧化物燃料电池阳极材料La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ的合成及性能研究

采用固相法制备La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ(LSCM)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.