原位构建NiFe合金纳米颗粒均匀包覆Pr0.8Sr1.2(NiFe)O4-δ阴极材料用于固体氧化物电解池直接电解CO2

通过固体氧化物电解池(SOEC)将CO_2转化为有价值的化学物质,引起了人们的特别关注.但是,开发对CO_2的具有高化学吸附性和催化活性的阴极材料仍然是一大挑战.通过原位析出法构建的NiFe纳米颗粒修饰的Pr_(0.8)Sr_(1.2)(NiFe)O_(4-δ)(PSNF-NFA)固体氧化物电解池(SOEC)阴极材料用于直接CO_2电解.XRD和SEM分析证明,该NiFe合金析出时会导致基体发生相变,而且析出的纳米颗粒尺寸小且分布均匀.纳米颗粒和钙钛矿氧化物基体的界面具有丰富的氧空位,增强了CO_2的化学吸附和解离,显著提高了CO_2电解性能.该新型的复合阴极在800℃的温度和1.6 V的电压下,显示出高达2.5 A/cm~2的电流密度.此外,该PSNF-NFA阴极对直接CO_2电解也显示出良好的稳定性和抗积碳性.     

A位缺陷对(Pr0.5Sr0.5)1-xFe0.9Ru0.1O3-δ(0≤x≤0.2)阳极材料电化学性能及稳定性影响的研究

通过燃烧法制备了不同A缺位的(Pr_(0.5)Sr_(0.5))_(1-)_xFe_(0.9)Ru_(0.1)O_(3-δ)(PSFR_x,x=0,0.1,0.2)钙钛矿氧化物,并将其用作固体氧化燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)的阳极材料,研究其在还原气氛中的析出及材料结构演变机理,探索其电化学性能及运行稳定性.实验结果表明,在经过在800℃还原2 h后,所有PSFR_x样品的主要相结构都由ABO_3立方钙钛矿相转化为Ruddlesden-Popper(RP)层状钙钛矿相,同时在表面析出Fe-Ru合金纳米颗粒.XRD结果表明,少量的A缺位(x=0.1)可以抑制在还原过程中的杂相生成,保证了B位金属析出后A_2BO_4层状相的稳定性.随后,对SOFC进行的电化学性能测试,随着A缺位的增加,PSFR_x的电化学输出性能随之先上升后下降,A缺位的最佳缺位比例为x=0.1.在800℃下,以PSFR_(0.1)为阳极的电解质支撑单电池在加湿H_2和C_3H_8的最大功率密度分别为0.747和0.528 W/cm~2.进一步,在以C_3H_8为燃料气、恒电流为0.15 A/cm~2条件下对PSFR_(0.1)为阳极的单电池进行放电测试,实现了稳定的功率输出.     

燃料中水蒸气对(Ba0.2Sr0.8)0.9Ni0.07Fe0.63Mo0.3O3-δ 钙钛矿阳极材料结构和性能的影响

原位溶出技术在制备固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极纳米催化剂具有十分广阔的前景,同时也吸引了很多研究者的注意.在800℃和氢气气氛下还原(Ba_(0.2)Sr_(0.8))_(0.9)Ni_(0.07)Fe_(0.63)Mo_(0.3)O_(3-δ)(BSNFM)制备出NiFe合金纳米颗粒均匀包覆陶瓷阳极的SOFC阳极材料,同时研究了材料在不同湿氢和干氢气氛下材料的结构、形貌及电化学性能.结果表明:在800℃干燥氢气气氛下阳极材料转变为K_2NiF_4结构,而在相同温度湿润氢气氛下结构没有明显变化;虽然(Ba_(0.2)Sr_(0.8))_(0.9)Ni_(0.07)Fe_(0.63)Mo_(0.3)O_(3-δ)阳极材料在干氢气氛下的电导率较低、极化阻抗较大、单电池的总阻抗也较大,然而在干氢气氛下却表现出了比湿润氢气气氛下更优异的电化学性能,如在干氢气氛下800,750和700℃时的功率密度分别达到了904,683和450 mW/cm~2,而在湿氢气氛下相应的的输出分别为832,620和413 mW/cm~2,在不同气氛下均表现出了极好的稳定性.