La掺杂SrTiO3阳极材料性能研究

以碳氢化合物为燃料直接电化学氧化是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展方向,寻求新的阳极材料是其发展的关键。采用固相法合成了La掺杂的钛酸锶Sr1-1.5xLaxTiO3(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)钙钛矿复合体系氧化物,对合成产物的结构、烧结性能、高温电导性能进行了测定,研究了不同La掺杂量对阳极材料电导率的影响,通过X射线衍射(XRD)分析研究了掺杂钛酸锶阳极材料与YSZ电解质的相容性。研究结果表明,从600～800℃,Sr1-1.5xLaxTiO3电导率随温度的升高呈现单调降低趋势,当x=0.3时电导率最高,在800℃时达到103.5S/cm,在1400℃下和YSZ电解质有良好的化学相容性。     

中温固体氧化物燃料电池新体系材料研制

采用固相法合成电解质材料La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ(LSGM)和阳极材料La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ(LSCM),用溶胶-凝胶法合成阴极材料La1-xSrxFe1-yCoyO3-δ(LSFC).利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、交流阻抗、直流四探针法等技术,对材料的结构及性能进行表征.在1 450 ℃和1 480 ℃下烧结24 h均得到了单一相的LSGM;在1 250 ℃和1 350 ℃下烧结15 h均得到了单一相的LSCM,LSCM在850 ℃时的总电导率为1.5 S/cm;LSGM的阻抗图谱由两个半圆组成,显示出良好的离子电导特性;合成LSFC的胶体经过400 ℃和750 ℃焙烧后,形成了单一相的LSFC;用丝网印刷方式,制备LSCM/LSGM/LSFC(LSCM)三合一复合膜,电极膜的烧结温度为1 150 ℃,以此复合膜为基础组装单电池并进行性能考察.     

制备条件对NiO/SDC阳极基体上LSGMC膜性能的影响

以未完全晶化的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3-!(LSGMC)为原料,用胶体沉积法在NiO/SDC阳极基体上制备出LSGMC膜。用X射线衍射方法(XRD)、直流四端法和扫描电子显微镜(SEM)研究制备条件对LSGMC膜相成分、电学性能和表面形貌的影响。研究结果表明,阳极基体煅烧温度对LSGMC膜的电学性能具有强烈的影响。LSGMC膜经1400℃烧结10h具有较高的电学性能和致密性。1400℃烧结10h的LSGMC膜800℃时的电导率达到0.97S/cm。研究还表明,由于LSGMC膜在制备过程中,阳极基体中的Ni扩散到LSGMC膜中,引入了电子电导,因此导致NiO/SDC阳极基体上LSGMC膜的电导率明显增大。     

湿化学法制备LT-SOFCs材料及其性能研究

采用湿化学法制备了低温固体氧化物燃料电池(LT-SOFCs)阳极材料NiO、阴极材料LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)和电解质材料GDC(Gd0.1Ce0.9O1.95)粉体。X射线衍射(XRD)结果表明三种粉体成相良好,没有杂相存在。采用湿化学法合成的粉体成功制备了GDC膜电解质阳极支撑型固体氧化物燃料电池,并对单电池的电化学性能和稳定性进行了分析和研究。单电池在加湿氢气(3%H2O)燃料中,600℃下最大输出功率密度达384 mW/cm2,并在550℃下经历了约12 h的稳定性测试,输出电压恒定,电池稳定性良好。     

Sol-gel法合成La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ电解质及其电池性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了中温固体电解质镓酸镧La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)粉体材料.差式扫描量热重分析(DSC-TGA)以及X-射线粉末衍射(XRD)证实经1 250℃热处理3h后,LSGM粉体具有单一ABO3钙钛矿结构;能量散射X射线谱(EDX)检测结果表明粉体没有其他杂质元素;扫描电子显微镜法(SEM)和激光散射粒度分布分析表明平均粒径为0.9μm.采用LSGM作为电解质,阳极为Ni/GDC材料,阴极为LSCM/GDC材料,并用离心法成膜工艺组装成SOFC单电池,测量其输出特性和阻抗谱等性能.SEM表明在阳极支撑体上制备的37 μm厚的LSGM电解质膜高温烧结后与阳极的接触良好.单电池在800℃的最大功率密度为0.89 W/cm2,电化学测试表明电池开路电压高于1.0 V,说明sol-gel法合成的LSGM可以成功地应用于SOFC的电解质.     

富锂锰基正极材料性能改性的研究进展

富锂锰基正极材料x Li_2MnO_3·(1-x)LiMO)2(M=Ni,Co或Mn)具有高比容量、低成本等优点,是下一代高比能锂离子电池正极材料有力竞争者。然而该材料也存在首次不可逆容量大,大功率下循环性能差等缺点。从富锂锰基正极材料的首次充放电容量、循环性能、倍率性能、阻抗分析等方面,重点讨论了包覆、掺杂、混合等改性方法对x Li_2MnO_3·(1-x)LiMO_2的电化学性能影响,指出了富锂锰基正极材料当前存在争议的问题,并展望了今后的改性研究工作。     

La1-xCaxCrO3对硫-氧燃料电池催化性能的研究

通过共沉淀法制备出La1-xCaxCrO3(x=0,0.1,0.2,0.3)作为阳极催化剂,分别以钇稳定氧化锆(YSZ)粉体和La0.66Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-x(LSCF)粉体作为硫-氧燃料电池的电解质材料和阴极材料.发现在700～800 ℃时,La1-xCaxCrO3(x=0,0.1,0.2,0.3)...     

Sol-gel法合成La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3及其电性能研究

采用溶胶-凝胶法合成中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3,通过热重-差热分析法(TG-DTA)、X射线衍射光谱法(XRD)分析了合成过程,在800℃焙烧2 h得到完整的晶体.通过直流伏安法和交流阻抗法研究了材料的电子电导率和离子电导率;在700℃时,La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3的电子电导率和离子电导率分别为386 S/cm和0.001 3 S/cm;La0.8Sr0.2Co0.9Fe0.1O3的电子电导率和离子电导率分别为650 S/cm和0.042 S/cm,能够满足中温燃料电池要求.La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3电极过程是由O2-离子界面反应所控制.     

镍-镓酸镧复合阳极的研究

制备了多种镍-镓酸镧(LaGaO3)复合阳极,并以Ni-LaGaO3为复合阳极,系列Sr、Mg和Co掺杂的LaGaO3为电解质,Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-LaGaO3为复合阴极,组装单电池.用极化、交流阻抗等技术,对阳极电化学性能进行研究,测试了电池的功率输出特性.Ni-LaGaO3复合阳极的最佳焙烧温度约为1 200℃,焙烧温度显著影响阳极/电解质界面的欧姆电阻和极化电阻.Ni-LaGaO3复合阳极的性能,依赖于所负载电解质及电极中掺入的LaGaO3的性质.随着电解质中Co含量的增加,电池的欧姆电阻减小、电极活性增加,单电池的最大输出功率密度提高.Ni-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)| La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3(LSGMC8.5)|SSC-LSGMC5电池在800℃、氢为燃料的条件下,最大输出功率密度达0.75 W/cm2;甲烷为燃料的条件下,最大输出功率密度达0.53 W/cm2.     

复合MnO_2阴极材料的应用基础研究

在350～400℃的温度条件下,以电解MnO_2(EMD)和LiOH·H_2O为原材料合成了复合MnO_2阴极材料.该材料具有良好的循环性能.其中,在模拟电池中以58.33mAh/g的放电深度进行充放循环,寿命达300次.在AA型电池中,以62.5mAh/g的充放深度进行充放循环,寿命近100次.X射线衍射分析结呆表明,在放电过程中,复合MnO_2的晶体结构略有膨胀,其中,Li_2MnO_3在这一过程中的变化较为显著.     

复合正极材料Li2MnO3-LiMO2的研究现状

综述了锂离子电池复合正极材料Li2MnO3-LiMO2(M=Co、Ni和Mn)的研究进展;重点介绍了首次充放电过程中组成及结构的变化以及为改善首次充放电效率和倍率性能所进行的后处理.通过电化学活化、酸处理、表面包覆等方法处理后,该类材料的首次充放电不可逆容量可降低,倍率性能及循环稳定性可得到很大提高.     

CH_4-O_2型管状固体氧化物燃料电池电性能的研究

研制了管状固体氧化物燃料电池(SOFC)试验系统,电池的结构形式分别是:(一)Pt|YSZ|Pt(+)和(-)Pt|YSZ|La(Sr)MnO_3(+)以CH_4为燃料,O_2为氧化剂气体,对所研制的管状SOFC试验电池的电性能进行了研究.考察了500～700℃温度范围内的电流电压特性和电流功率特性.研究结果表明,甲烷无需经水蒸汽转化,直接送入SOFC试验电池系统,就有明显的电流产生,电池的输出电流和输出功率随温度的升高而显著提高.分析了甲烷在SOFC内直接进行电化学反应的机理,固体电解质可作为离子源或离子接受体,形成反应活性位,控制金属电极催化剂的功函,促进甲烷在阳极的氧化反应.     

CuNi-GDC双金属阳极支撑的IT-SOFC制备及性能

采用柠檬酸低温自蔓延燃烧法制备了具有纳米尺度的Cu0.5Ni0.5O-GDC阳极粉末,利用差热分析、XRD对其物相进行了分析。研究了CuNi-GDC阳极片在氢气中还原前后的孔隙率和微观组织,对其电导率进行测试,并研究了CuNi-GDC阳极支撑的电池性能。结果表明:通过柠檬酸低温自蔓延燃烧法可以在较低的温度下合成出高催化活性的纳米粉末,CuNi-GDC阳极片还原后孔隙率达到了31.08%;CuNiO-GDC阳极片在空气中的电导率较低,导电活化能为39.494 4 kJ/mol,在H2气氛中的电导率大大提高,导电活化能为3.690 6 kJ/mol,650℃的电导率达到了209.299S/cm。以CuNiO-GDC双金属阳极支撑的单电池在650℃电池的开路电压为0.7 V,最大输出功率为0.278 W/cm2,短路电流密度为1.452 A/cm2。     

溶胶-凝胶法制备La1-xSrxCoO3-δ导电陶瓷

采用溶胶-凝胶法制备了单相的La1-xSrxCoO3-δ系列导电陶瓷,对其结构性能进行了表征,并探讨了La1-xSrxCoO3-δ导电陶瓷在电接触材料中应用的可能性。结果表明,随着样品中Sr掺杂量的增加,La1-xSrxCoO3-δ样品的衍射峰峰位向大角度方向略有偏移,衍射峰峰值减小,并发生宽化。溶胶-凝胶法制备的La1-xSrxCoO3-(δx=0.1~0.7)陶瓷普遍具有较好的导电性,其中La0.4Sr0.6CoO3-δ样品在1 000℃热处理条件下,会部分转变为La0.5Sr0.5CoO2.91,同时生成La2O3、Co3O4、SrCoLaO4等氧化物并释放出O2,这与AgC-dO电接触材料中CdO的特性有类似之处,在电接触材料领域具有潜在的应用价值。     

镍电极电化学性能研究——电镀钴层和添加二氧化锰的影响

通过充放电曲线和交流阻抗谱的测定及循环伏安试验 ,探讨了添加二氧化锰和在镍箔上电镀钴层对氢氧化镍粉末压制的镍电极性能的影响。结果表明 ,镍箔上的镀钴层在充电过程中可被氧化为导电性良好的CoOOH ,为氢氧化镍粒子与镍基体之间提供良好的电子通道 ,CoOOH也可通过迁移、扩散 ,在氢氧化镍粒子之间提供良好的电子通道 ,从而降低电极的扩散电阻 ,增加其质子导电性 ,提高Ni(OH) 2 /NiOOH的氧化还原可逆性 ,提高活性物质的利用率及镍电极的放电容量 ;而二氧化锰和钴镀层的协同作用可进一步提高电极的扩散传质性能 ,显著提高其容量和容量保持率     

钴基氧化物热电材料研究现状与展望

综述了钴基氧化物热电材料国内外研究新进展,着重介绍NaxCo2O4热电材料的晶体结构、热电性能及制备方法;并对Ca-Co-O系列的CaCo2O4、Ca2Co2O5、Ca3Co2O6、Ca3Co4O9和Ca9Co12O28共5种不同结构的热电材料及Bi2Sr3Co2Oy、稀土系钴基氧化物RCoO3等氧化物热电材料作了介绍。还总结了为提高热电性能而进行的掺杂研究。最后展望了氧化物热电材料的发展前景。     

新型纳米晶双功能氧电极的研究

合成了系列新型纳米晶钙铁矿型双功能氧电极催化剂La0.6Ca0.4CiO3,La1-xSrxNi1-xCoxO3(x=0,0.05;y=0,0.1),经XRD表征催化剂均为钙钛矿单相.考察了不同催化剂对氧还原和氧析出反应的电催化活性.结果表明,纳米级钙铁矿型催化剂LaNi0.9Co.1O3和La0.95Sr0.05Ni0.9Co0.1O3具有良好的氧还原催化活性,而La0.95Sr0.05Ni0 9Co0.1O3和La0.6Ca0.4CoO3的氧析出催化活性较高.     

Sn—Al合金作为锂电池负极材料的掺Ni改性研究

采用磁控溅射的方法,制备了SnAl／Ni双层结构薄膜负极材料,通过XRD检测样品的物相结构,并通过组装半电池测试材料的循环稳定性。XRD结果表明：制备所得的双层结构薄膜样品主要为Ni3Sn2与CuSn的固溶相,不同溅射功率下样品的结晶化程度也不一样。循环性能测试结果表明：Ni溅射功率为100W的样品50次循环后充放电比容量维持在500mAh／g左右,具有较好的循环性能。掺Ni后形成的Sn—NiAl负极材料的循环稳定性与结晶化程度有关,结晶化程度越差的样品,由于结晶的不规则性,引入更多的嵌锂间隙位置,便于锂离子的进出,获得越好的循环性能。其次对于Sn—Ni—A1负极．多个二元相固溶时,由于非活性物质对循环时的体积变化具有一定的缓解作用,多个二元相作用叠加,导致循环稳定性优于三元合金相。在合成多元合金负极时,非晶化及多个二元相的固溶都是有利于循环稳定性提高的方法之一。本文为Sn基合金负极的改性研究提供了一个新的手段。     

纳米级掺杂LaNiO3的氧还原性能

用溶胶-凝胶法制备双功能氧电极纳米级催化剂La0.6Ca0.4CoO3,LaNiO3,LaNi0. 9Fe0.1O3,L80.95Sr0.05Ni0 9Fe0.1O3,用XRD技术对催化剂进行表征,并采用稳态极化曲线考察不同催化剂的氧还原催化活性.结果表明,纳米级钙铁矿型催化剂LaNi0.9Fe0.1O3和La0.95Sr0.05Ni0 9Fe0.1O3具有良好的氧还原催化活性.