具有钙钛矿结构的SOFC用电解质材料的最新研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是20世纪80年代迅速发展起来的新型发电技术,能量转换效率可高达70%～80%,被称为21世纪最有前途的绿色能源.主要介绍了固体氧化物燃料电池所用钙钛矿结构电解质材料的研究进展,集中讨论了LaGaO3系、(Ba,Sr)CeO3系和PrGaO3系的结构特性、制备方法、电学性能和应用前景.固体氧化物燃料电池钙钛矿结构电解质材料的发展趋势是:对基质材料进行二元或多元掺杂以形成综合性能更优的复合氧化物;研究和开发与之相适宜的电极材料;进一步提高固体燃料电池的稳定性和能量转换效率.     

标准早期介入燃料电池研究领域推动新技术产业化进程

一、燃料电池技术飞速发展,需要标准研究介入燃料电池是一种电化学的发电装置,将储存在燃料和氧化剂中的化学能,等温地按电化学原理转化为电能的能量转化装置,被认为是21世纪首选的洁净、高效发电技术。燃料电池按其电解质的不同,可分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池及固体氧化物燃料电池等。近十年来,尤以质子交换膜燃料电池(PEM-FC)的发展最快,日益受到各国政府、大公司和科研机构的重视。燃料电池既适宜于集中发电,建造大、中型电站和区域分散电站,也可作各种规格的分散电源、电动车、不依…     

新能源路线与无机膜技术

能源、环境和资源是当今社会发展的重大课题,这些课题的解决正在引发人类社会发展史上第四次工业革命.以电化学膜过程为学科基础的燃料电池新能源技术将逐渐取代热机成为燃料能转换装置,是这场新工业革命的中心内容.其中,被誉为21世纪高效绿色能源的固体氧化物燃料电池(SOFC),特别是其现代发展阶段的陶瓷膜燃料电池(CMFc),行将实施其能源技术革命主角的历史史命.最近的研究突破表明,人工合成的氨和甲醇是CMFC的优异清洁燃料,作为取代石油的液态能量载体与CMFC配合构成一条新能源技术路线.可以成为发展低碳经济,改善能源结构,确保能源安全和实现循环经济的基础.文章介绍了这一新能源思路的发展和内容,并建议,在"十二五"期间设立科技专项,尽快构建CMFC的实用化研发平台,是实施这一符合科学发展观的新能源路线的关键.     

碳基燃料固体氧化物燃料电池发展前景

以煤炭、石油、天然气为代表的化石燃料是中国乃至世界的主要能源资源,其平均发电效率低(30%左右),环境危害大,迫切需要改进。燃料电池是一种高效发电装置,将燃料的化学能直接转换为电能。在各种燃料电池中,固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接使用各种含碳燃料,很容易与现有能源资源供应系统兼容,一次发电效率高(50%～60%);SOFC采用全固态结构,长期稳定性好;不使用贵金属催化剂,成本低廉。SOFC尤其适用于分布式发电系统和动力电源系统。基于我国能源结构的现状和稀土资源优势,很有必要发展碳基燃料SOFC。在SOFC从示范运行逐步走向产业化应用的过程中,迫切需要进一步提高其长期稳定性并降低成本,所以今后的研究重点是碳基燃料SOFC关键材料和系统集成创新,解决其中的材料设计和制备、碳基燃料反应特性、电池构造、理论模拟、系统集成与运行过程中的基础科学和技术问题,为高效率、低成本、稳定可靠的碳基燃料SOFC系统产业化奠定基础。     

面向金属-空气电池和中低温固体氧化物燃料电池应用的钴基电催化剂综述

在21世纪的今天,由石油、煤炭等化石资源的过度开发与使用所引发的能源和环境问题日趋严重,开发经济、高效的能源转换与存储装置已成为新时代的研究主题。金属-空气电池和中低温固体氧化物燃料电池,作为高效的能源转换与存储装置,可以实现化学能向电能的高效转换,具有效率高、环境友好、成本低的显著优点,在过去十几年内受到了研究者的广泛关注,取得了惊人的成果。但与此同时,人们在研究中发现阴极(正极)缓慢的氧还原和氧析出反应速率极大地降低了电池转换效率,增加了应用成本,在很大程度上制约了金属-空气电池和中低温固体氧化物燃料电池的商业化发展和应用。钴基催化剂作为一种高效阴极材料,相比贵金属成本较低,且具有混合离子-电子导电性,可以有效降低极化电阻,对阴极氧还原和氧析出反应显示出高催化活性,近年来吸引了国内外学者极大的研究兴趣。对于金属-空气电池,虽然钴基催化剂如钴氧化物、尖晶石型氧化物、钙钛矿型氧化物等材料能够显著地提高金属-空气电池的电容量和循环性能,并且降低充电电压,有效降低极化,但是其催化活性和稳定性有待提高,催化机理和活性位点也需要进一步明确和探究;对于中低温固体氧化物燃料电池,钴基催化剂包括La_(1-x)Sr_xCoO_3-δ、La_(1-x)Sr_xCo_(1-y)FeyO_3-δ、Ba_(1-x)Sr_xCo_yFe_(1-y)O_3-δ和钴基双钙钛矿等材料可以大大降低阴极极化电阻和面积比电阻,提高功率密度,但是相对其他催化剂,热膨胀系数普遍较高,稳定性也较差。为了进一步提高钴基催化剂应用在金属-空气电池和中低温固体氧化物燃料电池中的催化活性,研究者采用了掺杂其他金属元素、与其他物质组成复合阴极材料以及贵金属修饰等方法,在很大程度上提高了这两种电池的性能。本文简要介绍了金属-空气电池和中低温固体氧化物燃料电池的结构、工作原理,并在此基础上着重评述了近年来面向这两种能源转换与存储器件的,包括钴氧化物、钙钛矿型氧化物、尖晶石型氧化物和双钙钛矿氧化物等在内的各种钴基电催化剂的制取、改性和性能研究探索与成果。     

美科学家研制出高效燃料电池

美国西北大学新开发出一种固体氧化物燃料电池，在用异辛烷作燃料时有望使能源转换效率达到50％。通常内燃机的能源转换效率不超过15％，现有氢燃料电池的效率是29％，最新混合动力汽车的效率不超过32％。在能源供应紧张、油价高涨的今天，这一进展颇为引人瞩目。新型燃料电池在经过更多试验后，能广泛应用于汽车，飞机，甚至众多家庭。     

我国固体氧化物燃料电池研究取得突破

目前各类燃料电池中能量转化效率最高的“陶瓷电池”，是一枚约1mm薄、巴掌大小的陶瓷片。上海硅酸盐研究所固体氧化物燃料电池小组在国内率先取得突破性进展，有能力将300片“陶瓷电池”层叠串联，功率可满足一户普通家庭用电需求。     

固体氧化物直接碳燃料电池新型阳极研究进展

固体氧化物直接碳燃料电池采用固体氧化物作为电解质, 能够将碳燃料的化学能直接转化为电能, 具有效率高、燃料适应性广、利于CO₂捕集等优点, 在能源与环境问题日益突出的现实条件下展现出广阔的应用前景。固体氧化物直接碳燃料电池中的关键问题在于研发合适的碳燃料转化阳极, 以满足反应催化、物质输运以及杂质耐受等要求。本文系统地总结并分析了多孔固体阳极、熔融碳酸盐阳极和液态金属阳极三类直接燃料电池阳极的结构特性、工作原理、材料特性等, 特别关注了以液态金属作为阳极的直接碳燃料电池, 分析了该类电极的优势, 探讨了未来固体氧化物直接碳燃料电池阳极的发展方向。     

陶瓷膜燃料电池技术的研究与进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是世界公认的高效、便捷和对环境友好的绿色能源。探索新型的高电导率电解质材料和发展薄膜化制备技术,研制高性能的中温陶瓷膜燃料电池以克服传统SOFC的高温操作带来的技术困难,近几年来取得了突破性进展,本文简要介绍了这一历史性进程,特别是作者实验室的工作进展,提出了我国陶瓷膜燃料电池产业化的构想,展望了这种先进能源的发展前景。     

专利视角下的质子交换膜燃料电池产业分析

正一、概述燃料电池(Fuel Cell,FC)是一种电化学反应装置,将燃料的化学能直接转换为电能,被视为"21世纪最理想的发电装置"之一。燃料电池能量因其转换效率高、发电过程对环境影响小,只要燃料保持供应,就能够连续稳定发电,在分布式电站、电动汽车、舰船潜器、航空航天、移动通信和武器装备等领域具有广阔的应用前景~([1])。燃料电池按电解质性质可分为质子交换膜燃料电