固体氧化物燃料电池Ce0.8Mo0.2O2+δ阴极阻挡层研究

采用Pechini方法分别合成Ce0.8Mo0.2O2+δ(CMO)和Ce0.8Gd0.2O2-δ(CGO)两种阴极阻挡层粉体,并通过X射线衍射光谱法(XRD)等手段对粉体进行表征,结果表明CMO粉体主晶相呈萤石型结构,粉体中还含有Ce8Mo12O49杂质.将CMO和CGO分别应用于3％(摩尔分数)Y2O3稳定氧化锆(3YSZ)电解质支撑单电池的阴极阻挡层,进行了单电池的电化学性能测试,基于CMO阻挡层单电池的性能远低于基于CGO阻挡层单电池的性能,电化学阻抗谱表明电池呈现高的欧姆阻抗.显微结构分析发现,3YSZ/CGO之间的元素扩散仅在界面发生,而3YSZ/CMO之间的元素扩散主要是Mo扩散至3YSZ层形成固溶体,CMO和CGO未能有效阻挡Sr的扩散.     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ln0.6Sr0.4Fe1-χCoχO3-δ的合成和性能表征

采用固相反应法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ln0.6Sr0.4Fe1-xCoxO3-δ（Ln＝La，Pr,Nd,Sm和Gd）粉体。对其进行结晶学表征，分析氧含量和失重与温度的关系，并研究了其电导率随温度的变化规律及其与Ce0.8Gd0.2O1.9（CGO）电解质的化学相容性。实验表明，600－800℃，所有样品的电导率均高于100S/cm，其中Nd0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3－δ的电导率高达600S／cm，并且与CGO电解质都具有良好的化学相容性。     

Na2O对固体氧化物燃料电池用透辉石封接微晶玻璃性能的影响

本文设计和制备了以透辉石为主晶相的R₂O-RO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系封接微晶玻璃,用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的封接,研究了Na₂O含量(0%～10%,摩尔分数)对封接玻璃热膨胀系数(CTE)、析晶与烧结润湿特性的影响,表征了封接件在高温长时间热处理后玻璃与SUS403不锈钢的封接界面。结果表明,Na₂O可以显著改善玻璃的热性能,所制备的玻璃样品在封接温度范围内经热处理后可获得主晶相为透辉石(CaMgSi₂O₆)的微晶玻璃。随着Na₂O含量增加,主晶相透辉石的晶相含量不同,微晶玻璃的热膨胀系数由未晶化前的8.22×10^-6 K^-1提升至11.79×10^-6 K^-1,能够满足SOFC封装的热膨胀匹配。当Na₂O含量大于等于8...     

平板式SOFCAg-CuO-Al_2TiO_5封接材料的研究

在Ag-CuO中加入低膨胀系数的Al2TiO5颗粒构成复合钎料,采用空气反应钎焊技术(RAB)封接连接体SUS430和阳极Ni-YSZ支撑固体氧化物燃料电池单电池。进行泄露率测定、100 h老化和热循环等实验,并用扫描电镜和能谱仪等对封接的气密性、抗氧化能力、热循环性能和微观结构进行了研究。Al2TiO5颗粒在复合钎料中分布均匀,接头性能得到了提高,该颗粒能促进CuO向界面迁移,通过增加其含量并减少CuO含量有望提高焊缝的抗氧化能力。泄漏率小于0.001 mL/(min·cm),在工作100 h和经历8次热循环(400~800℃)后,开路电压均无下降,表明Ag-8 CuO-2 Al2TiO5复合钎料能有效封接连接体和阳极Ni-YSZ,支撑单电池。     

SUS430合金表面Co_3O_4和La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)双层涂层的制备及性能研究

采用电镀法在SUS430合金表面镀钴作为阻挡层,然后通过丝网印刷和高温烧结在钴镀层表面制备La0.6Sr0.4Co O3-δ接触层。为提高接触层的低温烧结效果,添加了适量的Co3O4作为烧结助剂。经热处理,合金试样表面最终形成Co3O4和La0.6Sr0.4Co O3-δ双层涂层。利用XRD、SEM和EDS对涂层的物相、微观形貌和元素扩散进行了分析,结果表明所制得的双层涂层均致密平整,涂层之间及涂层与基体之间结合紧密,阻挡层有效地限制了合金表面氧化膜的生长和Cr的往外扩散,并用直流四端子法测得金属连接体在800℃下连续氧化200 h后的表面比电阻为23 m·cm2。双层涂层有效地改善了SUS430合金的高温抗氧化性能和电学性能。     

平板式直接内重整固体氧化物燃料电池的一维动态建模与仿真

This article aims to investigate the transient behavior of a planar direct internal reforming solid oxide fuel cell (DIR-SOFC) comprehensively. A one-dimensional dynamic model of a planar DIR-SOFC is first developed based on mass and energy balances, and electrochemical principles. Further, a solution strategy is presented to solve the model, and the International Energy Agency (IEA) benchmark test is used to validate the model. Then, through model-based simulations, the steady-state performance of a co-flow planar DIR-SOFC under specified initial operating conditions and its dynamic response to introduced operating parameter disturbances are studied. The dynamic responses of important SOFC variables, such as cell temperature, current density, and cell voltage are all investigated when the SOFC is subjected to the step-changes in various operating parameters including both the load current and the inlet fuel and air flow rates. The results indicate that the rapid dynamics of the current density and the cell voltage are mainly influenced by the gas composition, particularly the H2 molar fraction in anode gas channels, while their slow dynamics are both dominated by the SOLID (including the PEN and interconnects) tem-perature. As the load current increases, the SOLID temperature and the maximum SOLID temperature gradient both increase, and thereby, the cell breakdown is apt to occur because of excessive thermal stresses. Changing the inlet fuel flow rate might lead to the change in the anode gas composition and the consequent change in the current den-sity distribution and cell voltage. The inlet air flow rate has a great impact on the cell temperature distribution along the cell, and thus, is a suitable manipulated variable to control the cell temperature.     

Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)基中温SOFC阴极制备与性能研究

采用Pechini方法制备Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)(x=0,1.5)和Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)(CGO)两种阴极粉体,并通过X射线衍射光谱法(XRD)等手段对粉体进行表征,结果表明Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)阴极前驱体在空气中1 150℃退火12 h后能够完全成相。Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/CGO(或Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ))和La_(0.6)S r_(0.4)Co O_(3-δ)(LS C)集电层分别沉积在具有CGO阻挡层的半电池上形成单电池,扫描电子显微镜法(SEM)分析发现功能梯度阴极与CGO阻挡层结合良好。以Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/CGO(或者Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ))为阴极的单电池性能测试表明,掺杂不同比例CGO以后,电池输出性能均随之而降低,而以Pr_2NiO_(4+δ)为阴极的电池性能达到相应温度下的最高输出性能。     

固体氧化物燃料电池输出电压前馈_反馈控制

基于固体氧化物燃料电池(SOFC)运行参数静态值间的关系,对SOFC的定输出电压运行进行了分析,指出要实现定输出电压运行在保持输出电压恒定的同时还要使燃料利用率满足一定的约束.进一步采用前馈-反馈控制策略设计了输出电压控制器,其中前馈控制器基于运行参数静态值间的关系进行设计,其核心是利用卡当公式求解三次方程;反馈控制器为PI控制器,通过将对象模型线性化后采用频率响应法进行设计.仿真结果表明,所给的前馈-反馈控制比单一的反馈控制具有更优的动态性能,在通常的负荷变化范围内足以满足定输出电压运行的要求.     

Y-Ba-Cu-O系高温超导相晶体结构的研究

用 Guinier-H(?)gg 多晶衍射数据的 X-射线 Rietveld 方法测定了 Y-Ba-Cu-O 系中正交超导相YBa_2(Cu,Ag)_3O_(9-δ)的晶体结构。多晶衍射图由参数为 a=11.7048(11)(?),b=3.8862(4)(?)及 c=3.8274(6)(?)正交晶胞给出了衍射线指标。最小二乘方修正程序 PIRUM 修正了晶胞参数。结构由平行于 a 轴的三个立方钙钛矿亚胞组成。原子 Y 及 Ba 分别有序地排列在等效点位置(a)及(i)上,由于底面上缺氧,位于相应亚胞上中心的 Cu_1成5配位,形成畸变的四方锥。在 x=1/2轴面短轴上的氧完全空缺,长轴上氧的占有率为1Cu_2为4配位,位于近似矩形的菱面正中心。[CuO_2]~(2-)团平行于(a,c)面无限延伸。按键价理论计算,Cu_1(Ag)上有20%Cu~(3+)存在,Cu_2为2价。     

SrV_（6－x）Al_xO_（11）固溶体的结晶学和电性能研究

本文报道了ＳｒＶ－６－ｘＡｌｘＯ１１固溶体的形成条件、固溶体各组份的结晶学参数和电导性能，从结构上讨论了Ａｌ３＋部分取代对固溶体各组份晶胞参数的影响，用简单的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型拟合了ｌｎ（σＴ）与１０００／Ｔ之间的关系，并据此计算得团溶体各组份的活化能和指前因子，固溶体各组份均具有较高的室温电导率，其中ｘ＝０．６组份为最大，其值达１．０×１０－１Ｓ．ｃｍ－１．