中低温SOFC钙钛矿型阴极材料的研究进展

阐述了钙钛矿材料的结构和渗氧特征,总结了目前中低温(400～750℃)固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料钙钛矿系列ABO3型、K2NiF4型、YBa2Cu3O7-δ(YBCO)型和BiVOx型氧化物的研究现状.     

钙钛矿型SOFC阴极材料的研究进展

阴极是固体氧化物燃料电池(SOFC)的重要部件之一,阴极的性能对SOFC的性能(尤其是低温SOFC的性能)起着决定性的作用,阴极的界面电阻是整个电池电阻的70%～85%.ABO2型钙钛矿稀土复合氧化物是目前最普遍应用的固体氧化物燃料电池的阴极材料,钙钛矿材料的结构特点决定了该材料具有电子-离子混合导电性.对固体氧化物燃料电池阴极材料的催化机理、制备方法、复合梯度阴极进行了详细的描述,并提出了通过改善微结构来提高低温阴极材料的性能是今后发展的主要方向.     

LSM同源离子渗透对LSM-YSZ阴极性能的影响

研究了LSM同源离子(La,Sr,Mn)硝酸盐溶液的渗透对LSM-YSZ阴极性能的影响。用交流阻抗研究了LSM-YSZ阴极渗透后在600~800℃范围内的非欧姆阻抗变化,结果表明:渗透降低了LSM-YSZ阴极的初期非欧姆阻抗,La(NO3)3溶液渗透电极的非欧姆阻抗可以改善85%以上;Mn(NO3)2渗透表现出最好的稳定性,15 h后非欧姆阻抗增加8.48%。通过La-Mn复合渗透,在800℃下10 h后非欧姆阻抗为0.214 1Ω.cm2;30 h后非欧姆阻抗增加15.79%。     

SOFC复合阴极的研究进展

复合阴极可以提高固体氧化物燃料电池(SOFC)在高温下的性能和效率,降低过电位、极化电阻和界面电阻。对LSM、LSCF和贵金属复合阴极的机理、电化学性能进行了研究。此类复合阴极的综合性能均得到改善,但对微观结构仍需进一步研究。     

利用电解质材料夹层提高SOFCs的阴极性能

利用在SSC-LSGMC5复合电极与LSGMC5电解质片之间加入与电解质相同材料的夹层的方法,提高了电极性能.不同温度下,在LSGMC5电解质片上印刷了厚度为2～5μm的LSGMC5薄膜,在薄膜上印刷了SSC-15%LSGMC5复合电极,并进行了表征.SEM结果表明:当夹层焙烧温度大于1 400℃时,夹层为致密结构,并与电解质完好地结合在一起,夹层与电极的结合程度远优于无夹层的电极|电解质界面.在700℃纯氧条件下,夹层(1 400℃焙烧)的引入,使电极极化电阻由0.38 Ω·cm2减小至0.12 Ω·cm2,1 A/cm2下的极化过电位由0.23 V减小至0.10 V.     

固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

综述了固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料的性能.在钙钛矿型阴极材料中,Mn基材料具有较好的高温工作特性;Co基材料具有较好的低温催化特性和电导特性,但化学和结构稳定性差;Fe基材料具有较好的化学和结构稳定性,但低温下的催化性能尚需改进.其他结构类型的复合氧化物阴极材料的研究也在进行.     

钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料

固体氧化物燃料电池(SOFC_s)作为一种高效、洁净的化学电源已经受到各国的重视。钙钛矿型复合氧化物由于其较高的混合导电性和较好的催化活性而被越来越广泛地应用于SOFCs的阴极材料中。对钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的最新研究进展进行了较为全面的综述,从阴极的设计要求出发,着重比较了A_(1-x)Sr_xCoO_3(A=La,Sm,Dy等稀土元素)系列、A_(1-x)Sr_xCo_(1-y)FeyO_(3-δ)、SrSc_xCo_(1-x)O_(3-δ)系列和双钙钛矿系列阴极材料的稳定性、电导率以及电催化活性,指出了其不足,并对其应用前景进行了展望。     

H2-CO燃料气对SOFC性能影响研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能量转换装置,使用碳氢燃料,具有很大的发展潜力.为了探究H2-CO燃料气与电极温度、进出口组分、电流密度、功率密度和超电势之间的关系,以期对SOFC的设计和运行提供帮助,建立了三维模型,并通过实验验证了模型的有效性.随燃料流量的增加,电极温度、功率密度、阴极浓差超电势先增大后减小,进出口组分改变量、燃料利用率、阳极浓差超电势减小,电流密度、活化超电势和欧姆超电势增加.H2占比越大,电池性能越好.     

沉淀法合成阳极材料NiO及其SOFC性能研究

用硝酸盐-氨水沉淀法合成了NiO纳米粉体,X-射线粉末衍射结果表明样品为面心立方结构,颗粒的平均粒径为25 nm,以此纳米NiO为原料制备NiO-YSZ阳极。在NiO-YSZ阳极上用离心沉积方法制备了一层10μmYSZ薄膜,扫描电子显微镜测试结果表明阳极和电解质薄膜之间接触良好。采用La0.7Sr0.3MnO3-YSZ阴极,单电池在800℃时的最大比功率为0.72 W/cm2,测试结果还表明该阳极具有合适的孔隙率,说明采用硝酸盐-氨水沉淀法合成的NiO可以制备固体氧化物燃料电池的阳极。     

等离子喷涂Ni/YSZ的结构调控及其电化学性能

采用不同粒径的NiO/YSZ团聚粉末分别用Ar/H2与Ar/N2等离子喷涂制备了固体氧化物燃料电池Ni/YSZ阳极,系统研究了粉末粒子的熔化状态对阳极微观结构与电化学性能的影响.结果表明粒子尺寸与等离子气体显著影响其熔化状态,XRD结果表明使用Ar/H2等离子体可促进NiO在喷涂过程中还原形成Ni/NiO/YSZ三元粒子阳极.SEM结果表明喷涂态阳极主要由均匀分布的NiO和YSZ构成.电化学性能测试结果表明,阳极的催化活性受粒子熔化程度影响显著,采用Ar/H2等离子喷涂30～50 mm粉末获得熔化程度适中的粒子制备的阳极极化阻抗在800与600℃时分别为0.22及0.59Ω·cm2,由该阳极组装的电解质支撑的单电池获得了最高的输出功率密度,在800℃时达到334 mW/cm2.     

相转化法制备锥管状阳极支撑SOFC

利用相转化法制备了锥管状NiO-YSZ阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)。讨论了不同造孔剂对阳极支撑体机械性能及微观结构的影响,结果表明,以石墨作为造孔剂时阳极支撑体的综合性能相对较好。以氢气为燃料的单电池测试结果表明,800℃时电池的最大面积比功率为410mW/cm2。交流阻抗谱结果显示电池极化电阻是影响电池性能的主要因素。     

阳极支撑平板状SOFC过电势模型及分析

平板型固体氧化物燃料电池由于具有高效率、低污染物排放等特点,是未来发电的主要方向。当电池运行产生电流时,就会伴随电荷传输产生活化极化,伴随质量传输产生浓差极化,根据材料导电性的不同相应产生一定大小的欧姆极化,从而降低了燃料电池的开路电压,并对电流密度和输出功率产生影响。为了能使燃料电池更好地运行,就必须要了解对过电势产生影响的各种因素,所以建立了阳极支撑的平板状SOFC过电势模型,分析了电流密度、温度以及一些结构参数对三种过电势的影响,对阳极支撑型和电解质支撑型燃料电池的性能进行了比较。     

固体氧化物燃料电池复合阴极研究进展

介绍了复合阴极材料在中低温SOFC的研究进展,从化学动力学和三相界面理论阐述了复合阴极材料在降低阴极的极化电阻、界面电阻和极化过电位的机理,指明了复合阴极材料的重要作用和发展前景。     

固体氧化物燃料电池失效快速判断机理探讨

在简单综述了导致固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)失效的主要原因的基础上,探讨了采用实验室模拟加速的实验研究和材料损伤演化动力学与计算机模拟的理论研究来对SOFC的失效进行快速判断的可行性。     

SOFC建模与控制策略的研究现状与发展

简单介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的单体结构类型和工作原理;然后详细介绍SOFC的电极、单电池、电堆、系统四个层次的建模以及SOFC控制的研究现状,并指出现有模型的不足;接着讨论SOFC电池数学建模的发展方向;最后,针对SOFC系统的非线性、大时滞、多输入多输出和随机干扰等特征,提出了几种适宜的控制方案.     

外气道SOFC电堆流场的优化设计和数值模拟

外气道固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆的流场分布对电堆性能有重要影响,通过对电堆侧盖的优化设计可以实现气流均匀分布.电堆侧盖主要分为从上至下的三管进气和中间单管进气两种结构.基于千瓦级电堆模型,将侧盖空腔划分为24条出气通道,以测量每条气体通道的出口速度,最终反映电堆入口气体的分布状态.利用ANSYS软件对侧盖空腔内气流均匀性分布进行了数值模拟.实际测量及数值模拟的结果均表明:降低气体在侧盖腔体内的流动速度,可以有效提高气流的均匀性.实际电堆中阳极和阴极气体分配器的存在将增大气体流动阻力,有利于侧盖中的气流进一步均匀化.     

SOFC用钙钛矿型质子传导固体电解质

钙钛矿型高温质子导体BaCeO3、SrCeO3和MZrO3在纯H2气氛中为纯质子导体,但在SOFC工作条件下,有些表现为质子、氧离子,甚至电子的混合导体,有些质子导体在CO2气氛中的化学稳定性较差.通过掺杂和化学计量比的控制,这些问题可以得到改善.介绍了钙钛矿型质子导体SOFC的工作原理、质子传输机理及SOFC用电解质的性能.     

等离子喷涂结合致密化工艺制备SOFC电解质层

为了利用大气等离子喷涂方法制备高温固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质层,探讨了金属无机盐溶液对电解质层进行致密化处理以提高喷涂电解质层气密性的方法。通过对无机盐分解产物的热分析与X射线衍射分析确定了致密化处理温度,探讨了用一定浓度的无机盐溶液致密化电解质层时,致密化次数对其气体泄漏率的影响。实验结果表明,当致密化处理12次后,涂层气体泄漏率从喷涂态的1.1×10-6cm4·g-1·s-1降低到7.9×10-8cm4·g-1·s-1,能够满足作为SOFC电解质层的要求。测试结果表明由此试制的SOFC单电池的空载电压在高温时接近可逆电压。