熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）本体性能

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC:molten carbonate fuel cell)的电解质通常为Li2CO3与K2CO3或Li2CO3与Na2CO3的混合盐.在电池的工作状态下,熔融碳酸盐溶液在微孔的LiAlO2上完全浸渍.使得整个隔膜材料既导电又隔绝阴极气体.     

熔融碳酸盐燃料电池电解质研究--NiO的溶解度和O2的还原行为

熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)具有发电效率高、环境友好以及能使用各种燃料等优点 ,但是 ,阴极的NiO溶解在碳酸盐中 ,并迁移到阳极被H2 还原成金属Ni ,造成电池短路 ,影响了使用寿命。为解决这一技术难点 ,延长MCFC的使用寿命 ,经优化计算得到了三元碱金属碳酸盐 (0 .474Li 0 .3 2 6Na 0 .2K )CO3 ,提出了用ICP法测定NiO在该碳酸盐中的溶解度 ,以及不同的气体组成和压力对NiO溶解度的影响 ;同时用电化学测试的方法对O2 在该电极体系的还原行为进行了研究。实验表明 ,NiO在该组成的碳酸盐中溶解度较小 ,而O2 的溶解度较大 ,这就减少了由于氧的扩散阻力造成的阴极极化 ,有利于加快氧的还原反应 ,因此该三元碱金属碳酸盐可作为熔融碳酸盐燃料电池适宜的电解质。     

熔融碳酸盐燃料电池LiCoO2阴极性能的研究

用半导体掺杂法将LiCoO2阴极掺杂Mg,又重掺杂La和Ce等稀土元素.该阴极具有粗细双孔层结构,分别适应液相和气相的传质.又用单电池评价阴极(电化学)性能,并与NiO阴极性能进行比较.反应气压为0.9 MPa,气体利用率为20%,用LiCoO2和NiO阴极分别组装的熔融碳酸盐燃料电池单电池(阳极为Ni-Cr,电极面积为26 cm2)在300 mA*cm-2放电时,工作电压分别为0.848 V和0.820 V,功率密度分别为254.4 mW*cm-2和246 mW*cm-2.LiCoO2阴极性能优于NiO阴极,说明LiCoO2阴极掺杂和双层结构是有效的,而且掺杂将其电导已提高到与NiO阴极同等水平.     

熔融碳酸盐燃料电池阴极降解实验研究

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种具有清洁、发电效率高等优点的新型发电技术,但运行过程中阴极的溶解影响了电池的寿命。通过对运行后的熔融碳酸盐燃料电池阴极材料氧化镍(NiO)进行扫描电镜(SEM),能量散射光谱(EDS)分析,结果表明,阴极氧化镍(NiO)中发生了溶解并伴有镍(Ni)的沉淀析出,在多孔阴极材料表面观察到有细小的针孔。二氧化碳浓度的提高导致阴极NiO的溶解和Ni的沉淀析出,造成电池发生了镍短路和功率降低,并对熔融碳酸盐燃料电池运行过程中阴极溶解的机理进行了分析和讨论。     

掺杂α-Ni(OH)2的结构与性能

用半导体掺杂法将LiCoO2 阴极掺杂Mg ,又重掺杂La和Ce等稀土元素。该阴极具有粗细双孔层结构 ,分别适应液相和气相的传质。又用单电池评价阴极 (电化学 )性能 ,并与NiO阴极性能进行比较。反应气压为 0 .9MPa ,气体利用率为2 0 % ,用LiCoO2 和NiO阴极分别组装的熔融碳酸盐燃料电池单电池 (阳极为Ni Cr ,电极面积为 2 6cm2 )在 3 0 0mA·cm-2 放电时 ,工作电压分别为 0 .848V和 0 .82 0V ,功率密度分别为 2 5 4.4mW·cm-2 和 2 46mW·cm-2 。LiCoO2 阴极性能优于NiO阴极 ,说明LiCoO2 阴极掺杂和双层结构是有效的 ,而且掺杂将其电导已提高到与NiO阴极同等水平。     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)用电解质组成

本文对MCFC用电解质组成作了综合分析;介绍了熔融碳酸盐用于燃料电池的状况;从离子导电性,气体的溶解性和扩散性,表面张力和粘度,电极动力学,电解质的蒸气压,腐蚀性,支持体的稳定性等方面考察了电解质组成对电池性能及寿命的影响。     

熔融碳酸盐燃料电池阴极改性实验及其性能研究

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电技术是一种清洁高效的新型发电技术,成本较高一直是制约其发展的重要因素。本文围绕电池堆成本问题,研究开发了一种新型改性阴极,将电池性能提升了2.6倍,这将减少同功率水平电池堆关键部件用量,降低了电池堆成本。实验结果表明,在0.7 V放电条件下,采用改性阴极的电池功率密度达到了130 m W/cm~2,而采用原阴极的电池同条件下功率密度为50 m W/cm~2。该新型改性阴极的成功研出有助于大功率低成本的MCFC电池堆开发。     

熔融碳酸盐燃料电池关键部件匹配与性能诊断

为研究熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)电极、隔膜与碳酸盐电解质的匹配关系,以及关键部件匹配关系的评价方法,用流延法制备了固含量25％～40％的γ-LiAlO2隔膜,固含量35％和45％的电解质碳酸盐膜.将不同固含量的偏铝酸锂隔膜、碳酸盐膜与镍多孔电极组装成单电池,通过在烧结过程中测定电池开路电压的方法测试电池的性能,并对实验结果进行了计算和理论分析.实验结果表明:固含量40％的γ-LiAlO2隔膜,固含量45％的碳酸盐与多孔电极组装的电池具有良好的性能.计算分析结果表明,碳酸盐与隔膜的固含量质量比达到1.16时,电池性能最优.由于烧结过程双电层的存在,电池的烧结过程伴随着开路电压的变化,可通过开路电压的变化趋势预测电池的性能.     

低温SOFC用阴极材料LaNi0.6Fe0.4O3

用固体氧化物燃料电池技术,考察了钙钛矿型氧化物LaNi0.6Fe0.4O3(LNF-64)作为阴极材料在低温(400℃、500℃)下的电化学性能,以复合材料[Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)和碳酸盐(Na2CO3和Li2CO3)]为电解质,分别以NiO和LNF-64为阳极和阴极.结果表明,通过碳酸盐共沉淀法得到的LNF-64前驱体粉末,在900℃下煅烧4 h,形成了单一的菱形结构,粉末粒径约为300～500 nm.单体电池在500 ℃下的最大功率密度和短路电流密度分别为213 mW/cm2和720 mA/cm2.     

新型低温SOFC阴极材料LaNi0.8Cu0.2O3

采用碳酸共沉淀法得到了一种新型阴极材料LaNi0.8Cu0.2O3(LNC-82),对其进行了X射线衍射和扫描电镜的表征,并采用复合材料[Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)和碳酸盐(Na2CO3 Li2CO3)]为电解质,分别以NiO和LNC-82为阳极和阴极材料,考察了在低温(400～550℃)下这种钙钛矿型阴极材料的电化学性能。实验结果表明,运用碳酸共沉淀法得到了LNC-82前驱体粉末,经过860℃煅烧2h,得到了粒度均匀的粉末,其粒径约为400～500nm。单体电池在550℃下的最大比功率和短路电流分别为390.6mW/cm2和1140.6mA/cm2。     

不同方法制备的NiO在碳酸盐中的溶解度测定

NiO在碳酸盐中的微量溶解,会造成电池内部的短路,是熔融碳酸盐燃料电池实用化须要解决的关键问题。用两种不同原料Ni(OH)2和羰基Ni粉,通过在熔融碳酸盐中现场氧化和在空气中高温氧化两种不同方法制备了NiO电极,用扫描电镜(SEM)测定了其形貌,并且用电感耦合等离子体(ICP)方法测量了所制备的NiO在熔融碳酸盐中的溶解度。结果表明,虽然制备的方法不同导致结构形貌的差异,但在熔融碳酸盐中的溶解度基本相同,影响NiO溶解度的主要因素是碳酸盐的酸碱度。相同的试样,在(53%Li 47%Na)CO3(摩尔百分数,下同)中的溶解度仅为(62%Li 38%K)CO3中的一半。     

不同工作条件下的熔盐燃料电池性能

以多孔镍板作电极，以带铸法制备的ＬｉＡｌＯ２无机膜作电池隔膜，组装成了电极面积２８ｃｍ２的小型熔融碳酸盐燃料电池，考察了各种工作条件对电池性能的影响。试验结果表明，随气体压力和工作温度提高，电池性能增加。但高温下电池材料腐蚀现象加剧。另外气体压力增加使ＮｉＯ阴极在电解质中的溶解加快，因此为保证一定的电池寿命，工作气体压力和温度不可提高过大，必须控制在一定的范围以内。     

小型熔融碳酸盐燃料电池及电池堆的性能

以辊轧工艺制备的多孔金属镍板作阳极 ,多孔氧化镍板作阴极 ,以流延法制备的LiAlO2 陶瓷膜为电解质板 ,以(Li0 .62 K0 .3 8) 2 CO3 为电解质 ,组装了电极面积为 12 0和 3 12cm2 的单电池 ,考察了单电池在升温过程中开路电压和内阻的变化情况 ,以及不同的工作条件对电池和输出功率的影响。在单电池发电成功的基础上 ,分别组装了由 3片和 8片单电池构成的电极面积为 3 2 8.8cm2 的小型熔融碳酸盐燃料电池堆 ,并测定了电池堆的电压和输出功率。试验表明 ,随着工作温度的提高 ,单电池和电池堆的开路电压和输出功率均显著提高 ,并且 ,经过若干天的连续发电 ,其电压和输出功率基本不变 ,说明自制的LiAlO2 电解质板具有良好的热机械强度 ,而电极材料也保持了良好的电催化性能。试验还表明 ,在相同的工作条件下 ,由 3片和 8片相同的单电池组成的电池堆的电压和输出功率分别为单片电池的 3倍和 8倍 ,这表明使用该结构的单电池有望串联成输出功率更高的较大型的电池堆 ,以满足熔融碳酸盐燃料电池的基础研究之用。     

混合超级电容器用锂离子电池材料的进展

综述了锂离子电池正极材料(LiCoO2,LiMn2O4)、负极材料(石墨,Li4Ti5O12,TiO2)和电解质锂盐(LiPF6,LiBF4,LiClO4)用于混合超级电容器领域的研究进展.     

锂离子蓄电池正极材料锂钒氧化物研究进展

近年来 ,锂离子蓄电池因其优异的特性而受到化学电源界的极大重视。有关锂离子蓄电池正极材料的研究大部分集中在过渡金属嵌锂氧化合物上。本文对正极材料应具备的结构、性质及目前研究较多的层状化合物LiCoO2 、LiNiO2和尖晶石型化合物LiMn2 O4 类正极材料作了简单叙述 ,重点对嵌锂氧化钒系列化合物LixVO2 、LixV2 O4 、Li1 xV3 O8和LiNiVO4 等正极材料的制备方法、结构及电化学性能之间的关系及近期研究现状进行了阐述。随着新技术、新方法的出现 ,大容量的层状化合物Li1 xV3 O8及高电压反尖晶石型LiNiVO4 有望成为新一代性能优良的锂离子蓄电池正极材料     

锂离子蓄电池热稳定性的机理

研究了18650型锂离子蓄电池及其组分的热稳定性。热箱实验证明LiMn2O4组装的电池,比LiCoO2和包埋-LiNiO2组装的电池安全性好。通过X射线衍射光谱法(XRD)和差示扫描量热法(DSC)进一步确定在升温过程中正极/负极材料的热量释放过程和差异。结果表明,LiCoO2和包埋-LiNiO2组装的电池热失控主要是由正极的分解及其和电解液反应的放热造成;而LiMn2O4电池爆炸的主要原因是高温下石墨嵌锂和金属锂沉积与聚偏氟乙烯(PVDF)、电解液之间的反应。     

薄膜锂电池的研究进展

微电子机械系统(MEMS)和超大规模集成电路(VLSI)技术的发展对能源的微型化、集成化提出了越来越高的要求。全固态薄膜锂电池因其良好的集成兼容性和电化学性能成为MEMS和VLSI能源微型化、集成化的最佳选择。简单介绍了薄膜锂电池的构造,举例说明了薄膜锂电池的工作原理。从阴极膜、固体电解质膜、阳极膜三个方面概述了近年来薄膜锂电池关键材料的研究进展。阴极膜方面LiCoO2依旧是研究的热点,此外对LiNiO2、LiMn2O4、LiNixCo1-xO2、V2O5也有较多的研究;固体电解质膜方面以对LiPON膜的研究为主;阳极膜方面以对锂金属替代物的研究为主,比如锡的氮化物、氧化物以及非晶硅膜,研究多集中在循环效能的提高。在薄膜锂电池结构方面,三维结构将是今后研究的一个重要方向。     

MCFC中隔膜和盐膜研制的分析

通过对粉料合成、浆料制备以及隔膜改性的分析,总结了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)隔膜制备的研究情况。评述了盐膜的研究进展,指出盐膜在应用于MCFC时,要对电池的制紧力进行跟踪与补偿。     

三元层状正极材料的电化学性能影响因素研究

三元层状正极材料是非常有应用前景的动力型电池正极材料,而其电化学性能还有待于进一步提高。研究了正极片厚度、隔膜类型、电解液组成和负极表面变化等因素对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2(NCM111)材料电化学性能的影响。研究发现随着正极极片厚度的增加,电池在循环过程中容量衰减严重;相比于聚丙烯(PP)隔膜,聚酰亚胺(PI)隔膜由于具有更好的浸润性,提高了电池的放电容量;电解液中低粘度链状碳酸二乙酯(DEC)的含量对电极相容性和正极材料中过渡金属离子溶解都有较大影响;负极表面锂枝晶的形成降低了电池的循环性能。