中低温固体氧化物燃料电池研制

综述了中国科技大学生物质洁能源实验室在中低温固体氧化物燃料电池研究方面的最近进展 ,包括电解质薄膜的制备技术 ,阴极材料和用凝胶浇注法制备高性能的阳极材料     

La0.7Sr0.3FeO3-Sm0.2Ce0.8O2复合阴极制备及性能研究

采用固相反应法(SSR)和硝酸盐-甘氨酸燃烧法(GNP)合成La0.7Sr0.3FeO3(LSF)粉体,用于制备中温固体氧化物燃料电池的复合阴极LSF-Sm0.2Ce0.8O2(SDC).用交流阻抗谱研究复合阴极的组成、烧结温度、起始粉体性质等因素对电极界面比电阻的影响.结果表明,在LSF中加入适当比例的SDC可明显提高电极的性能.当SDC的加入量达到其渗流阀值(～50%,质量分数)时,在700℃复合阴极的界面比阻抗约为0.2 Ω·cm2,大约为纯LSF的十分之一.电极性能的明显提高的原因是电极离子电导率的提高、CeO2的本征催化性能以及电极三相线密度的增大.     

催化剂对固体电解质SO2气体传感器响应特性的影响

为了降低固体电解质ＳＯ２气体传感器的工作温度，提高传感器响应精度，制备了Ｐｔ－网，Ｐｔ－Ａｌ２Ｏ３小球，Ｐｔ－石棉和Ｖ２Ｏ５等催化剂，研究了这些催化剂对ＳＯ２＋１／２Ｏ２－ＳＯ３反应的催化活性，以及这些催化剂对固化电解质ＳＯ２气体传感器工作温度和响应性的影响。     

LSM-SDC复合阴极微结构及其界面电阻

以Sm_0.2Ce_0.8O_1.90(SDC)为电解质, 用交流阻抗谱研究了烧结温度和原料粉体制备过程等因素对复合阴极[50wt%(La_0.85Sr_0.15)_0.9 MnO_3-δ(LSM)+50wt% SDC] 的界面电阻的影响. LSM⁺甘氨酸法制备的SDC和LSM⁺共沉淀法制备的SDC的复合阴极对应界面电阻最小时的烧结温度分别为1200和1250℃; 800℃时, 它们的最小界面电阻分别为0.78?和0.35Ω·². 用扫描电子显微镜观察两种不同复合阴极微结构, 发现其微结构与原料粉体的形貌有着密切的关系, 而微结构又同时决定了阴极?的界面电阻和电导率.     

固体氧化物燃料电池的电解质及电极材料的电导率研究方法

论述了晶体材料,重点是固体氧化物燃料电池组件的导电机理,介绍了影响电导率的几个因素。针对不同的电解质和电极材料,讨论了几种常用的测量电解质和电极总电导率、电子电导率以及离子电导率的方法,并指出在测量中需要注意的问题。     

乙苯脱氢多孔膜反应器的研究

采用管形结构的填充床纳滤不对称γ－Ａｌ２Ｏ３／α－Ａｌ２Ｏ３膜反应器，考察了膜反应器的操作条件：进样速度、吹气流量、水和乙苯摩尔比和反应温度等对转化率和苯乙烯选择性的影响。结果表明，膜反应器中乙苯脱氢转化率以及苯乙烯选择性均高于相同操作条件下填充床反应器中的值，转化率平均提高约４．５％，苯乙烯选择性约２％左右。试验还表明，降低进样速度，提高乙苯和水的比例或提高吹气速率均可提高膜反应器中乙苯转化率，同时可保持选择性基本不变。并且用动态毛细凝聚法和扫描电子显微镜研究了纳滤膜反应前后的稳定性。结果表明，膜的Ｋｅｌｖｉｎ孔径在反应前后有明显变化。     

计算机模拟无机膜反应器

建立了管式无机膜反应器的数学模型，并用数值方法解析多孔膜反应器研究中的两个典型反应，环己烷脱氢反应及碘化氢分解反应，比较了两种体系应用膜反应器后产生的不同效果，以及对膜反应器的不同要求，分别考察了渗透率与反应速率之比，吹气流量等因素对膜反应器平衡移动的影响。     

Research on Calcium Doped Ceria Used in Intermediate-Temperature SOFCs Anodes

As a mixed ion-electronic conductor, doped ceria, especially rare earth doped ceria, were used as anodes or components of anodes in SOFCs. In this work, calcium doped ceria (CCO) was synthesized to be used in intermediate-temperature SOFCs (IT-SOFCs) anodes in order to reduce the cost of anode-supported SOFCs. Electrical conductivity of 20% calcium doped ceria (20CCO) reached 0.209 S·cm-1 in hydrogen at 850 ℃, and 0.041 S·cm-1 in air at 800 ℃, which is about 0.04 S·cm-1 lower than that of conventional samaria-doped ceria (0.079 S·cm-1). Electrochemical performance of Ni-20CCO cermet as anode was investigated using a fuel cell with 35 μm-thick SDC electrolyte and Sm0.5Sr0.5Co-SDC cathode. Maximum power density was 623 mW·cm-2 under humidified (3% H2O) hydrogen at 650 ℃, inferring high catalytic activity of the Ni-20CCO anode.     

掺杂对Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ阳极材料电化学性能影响研究进展

固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的清洁、高效的能量转化器件.传统的金属陶瓷阳极材料存在碳沉积、硫中毒和氧化还原循环稳定性差等缺点,限制了其商业化应用.为了改善金属陶瓷阳极在实际应用中遇到的问题,近年来混合电子-离子导体的钙钛矿陶瓷阳极得到了长足的发展.其中,结构组成为Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ的阳极材料具有较好的稳定性、较高的电导率、合适的热膨胀系数和优异的电化学性能,因而被广泛研究,特别是元素掺杂.本工作根据钙钛矿ABO3可掺杂的位置,分别从A位、B位和O位掺杂进行讨论,总结了各元素掺杂和掺杂量对Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ的容忍因子、晶体结构、稳定性、电导率、热膨胀系数和电化学性能等的影响.这些掺杂策略为改性Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ钙钛矿阳极提供了新颖的思路,此思路也可用于改性其他同类钙钛矿阳极材料.最后总结了Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ和典型钙钛矿陶瓷阳极材料的发展方向:一方面可通过阴离子掺杂和共掺杂策略进一步提高钙钛矿陶瓷阳极材料的性能;另一方面可采用密度泛函理论进一步阐明元素掺杂的作用机制.