SOFC连接材料Nd_(1-x)Ca_xCrO_(3-δ)的制备及性能研究

为了探索适用于中温固体氧化物燃料电池的连接材料,采用柠檬酸法制备了Nd1-x Ca x CrO3-δ(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)粉体,研究了Ca2+的掺杂对材料烧结性能、电性能和热膨胀性能等的影响。实验表明,当测试温度为800℃时,Nd0.6Ca0.4CrO3-δ材料在空气和氢气气氛中电导率分别为56.4和1.6 S/cm。在30~800℃随着Ca2+掺杂量从0.1增加到0.4,平均热膨胀系数(TECs)值从6.5×10-6K-1增大到7.8×10-6K-1,与其它常用SOFC材料热匹配性良好。     

IT-SOFCs阴极材料Sm_(0.8)La_(0.2)Ba_(1-x)Sr_xFe2O_(5+δ)的制备与表征

采用EDTA-甘氨酸联合络合法制备层状钙钛矿材料Sm0.8La0.2Ba1-xSrxFe2O5+δ(x=0,0.25,0.50)。通过对材料晶体结构,显微形貌,电导率和电化学性能的分析,探索其作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的可行性。结果表明:Sr部分取代Ba并未改变材料有序层状结构。Sr的掺入提高材料电导率,随着掺入量提高,600~800℃平均电导率分别为18.35,24.85和48.20 S/cm。材料极化电阻随Sr掺入而稍微增大,较之常见无钴阴极仍较理想。700℃时,单电池功率密度分别为219.7,299.5和258.9 m W/cm2。作为初步研究成果,可知Sm0.8La0.2Ba1-xSrxFe2O5+δ,特别是x=0.25时,可以成为有潜力的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。     

固体电解质La_2Mo_(2-x)Al_xO_(9-δ)的制备及性能

采用固相法制备电解质材料La_2Mo_(2-x)Al_xO_(9-δ)(x=0、0.2、0.4和0.6),通过SEM、XRD、电化学阻抗谱(EIS)等方法对样品进行分析。制备的电解质样品均已抑制了相变;在950℃烧结,能得到孔隙率低于5%的陶瓷烧结体;随着铝掺杂量x的增加,氧离子电导率σ呈现逐渐变小的趋势;当温度为800℃、x=0.2时,σ为22.47 mS/cm,活化能Ea为1.053 eV。     

中温SOFC用LaGaO3基固体电解质的制备

采用固相反应法成功制备了镓酸镧基固体电解质粉体(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ),X射线衍射分析表明,经1 500 ℃煅烧24 h合成粉体为单相结构,并讨论了煅烧时间、煅烧温度对粉体物相的影响。测试结果表明,粉体的平均粒径为1 μm;粉体经过1 500 ℃下烧结15 h,得到相对密度为99%的陶瓷,采用交流阻抗测试电导率,800 ℃时离子电导率为0.12 S/cm,且高温下(≥650 ℃)活化能为0.8 eV,低温下(≤650 ℃)为1.09 eV。     

SOFC复合阳极材料Cu_xCo_(1-x)O-SDC的制备及性能研究

采用固相反应法制备了Cu_xCo_(1-x)O-S DC复合阳极材料。利用X-射线衍射技术对粉体的性能进行了表征,XRD结果表明CuO、Co_2O_3已生成了互溶新物质Cu_xCo_(1-x)O;Cu_xCo_(1-x)O与S DC在烧结的过程中没有发生相互反应,各自成单相结构。采用直流四电极法测试了Cu_xCo_(1-x)O的电导率,结果表明其在中温条件下也具有较高电导率,其中Cu_(0.6)Co_(0.4)O-S DC阳极样品还原后在500℃测试时具有最高电导率,达到了1 059.443 S/cm。     

La_2Ni_(0.8)Fe_(0.2)O_(4+δ)-La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)复合阴极的性能研究

研究了La_2Ni_(0.8)Fe_(0.2)O_(4+δ)(LNF-02)-La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(LS CF)复合阴极材料(LNF-02-x LS CF,10≤x≤40)的电性能、电化学性能、热膨胀性能。研究结果表明,LNF-02、LSCF、SDC之间的化学相容性良好。LNF-02-x LSCF复合阴极材料的电导率在600~800℃范围内均高于100 S/cm,且随着LSCF复合量的增加而逐渐升高。1 000℃煅烧制备的复合阴极与SDC电解质接触良好,表现出最低的极化电阻。LSCF的最佳复合量为20%(x=20),此时LNF-02-20LSCF的热膨胀系数为14.36×10~(-6) K~(-1)。1 000℃煅烧制备的LNF-02-20LSCF复合阴极在750℃测试的界面极化电阻为0.68Ω·cm~2。结果显示,LNF-02-20LS CF复合阴极材料有望成为新型IT-S OFC阴极材料。     

直接甲烷SOFC NiCu-CeO_2阳极的制备与性能

将Ni Cu-Ce O2作为抗积碳阳极材料,应用于阳极支撑型直接甲烷固体氧化物燃料电池(SOFC)中。采用浸渍工艺在多孔Ce O2阳极基体中制备Ni Cu阳极催化剂,还原后氧化物基体与金属的质量比为60∶40。在700℃湿H2和湿CH4气氛中考察了电池的电化学性能。Ni Cu-Ce O2|GDC|BCFN电池在H2和CH4中的开路电压(OCV)分别为0.772和0.785 V,最大功率密度(MPD)分别为96和80 m W/cm2。在0.6 V进行恒压稳定性测试20 h后,电流密度下降了1.7%。通过对测试后的电池进行电子扫描电镜(SEM)和能量散射光谱(EDS)分析,发现有少量积碳产生。而Ni-Ce O2|GDC|BCFN电池在同样条件下的性能仅为:OCV(H2)=0.77 V,OCV(CH4)=0.80 V,MPD(H2)=116 m W/cm2,MPD(CH4)=59 m W/cm2,电池在40 min内电流密度下降了74%。结果表明在阳极中添加Cu不仅能够实现与Ni基阳极相当的阳极性能,而且可以有效提高Ni基阳极的抗积碳稳定性。     

Li_3V_(2-x)Ce_x(PO_4)_3/C的制备及电化学性能

采用溶胶-碳热法制备Li3V2-xCex(PO4)3/C(x=0、0.02、0.04和0.06)复合材料,通过XRD、SEM、恒流充放电和电化学阻抗谱等测试,研究Ce3+掺杂对材料的影响。Ce3+的适量掺杂没有改变结构,对形貌也没有明显的影响,但可降低一次颗粒的尺寸,提高电导率。掺杂量x=0.04的材料以2.0 C在3.0~4.8 V循环,首次放电比容量为148.3 m Ah/g,第50次循环的容量保持率为85.1%。     

Ce_(0.9)La_(0.1)O_(2-δ)电解质粉末的制备与性能

用溶胶-凝胶法制备了La掺杂的CeO2(Ce0.9La0.1O2-δ)的前驱体.在900℃下煅烧2 h制备的Ce0.9La0.1O2-δ粉末为单一的立方萤石结构,晶胞参数a为0.549 65 nm;该粉末在200 MPa下压制后在1400℃下烧结3 h得到的电解质,相对密度为95.1%,在690℃时的电导率为0.66 S/cm.     

(LiFePO_4+LiMn_2O_4)/Li_4Ti_5O_(12)电池的制备与安全性能

用磷酸铁锂和锰酸锂复合材料作为锂离子电池的正极活性物质,与钛酸锂负极材料匹配制备了钛酸锂电池。制备的电池有较宽的充放电平台,锰酸锂提高了电池的充放电电压,所制备的钛酸锂电池具有良好的循环性能、倍率放电性能和安全性能。     

Ce离子的变价行为对Pr_(0.1)Ce_xTb_(0.9-x)Fe_(1.9)化合物性能的影响

用电弧炉熔炼法制备了Pr0.1CexTb0.9-xFe1.9(x=0.2～0.8)化合物。分别采用X射线衍射(XRD)、超导量子干涉磁强计(SQUID)和应变仪分析了化合物Pr0.1CexTb0.9-xFe1.9的相结构、低温磁化曲线和磁致伸缩性能。发现Ce含量x在0.6附近时,Pr0.1CexTb0.9-xFe1.9化合物的晶格常数正向偏离了Vegard定理;低温磁化曲线和磁致伸缩在Ce含量x为0.6时出现反常增加的现象。Pr0.1CexTb0.9-xFe1.9化合物的晶格常数、磁化曲线和磁致伸缩的反常变化归因于Ce离子的价态波动。     

正极材料Li_3V_(2-x)Cr_x(PO_4)_3/C的制备及性能

用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料Li3V2-xCrx(PO4)3/C(x=0,0.05、0.10和0.20).用XRD、SEM、充放电、循环伏安和电导率测试等方法,研究了Cr掺杂对样品的影响.样品均为单相,尽管在低倍率(0.2 C)下的初始比容量随着x的增加而下降,但适量的Cr掺杂可改善循环及倍率性能.Li3V1.90Cr0.10(PO4)3/C以0.2 C和4.0 C充放电的首次放电比容量分别为171.4 mAh/g和130.2 mAh/g,第100次循环时的容量保持率分别为78.6%和88.9%.     

正极材料Li_(1-x)Y_xFePO_4/C的制备及性能

采用高温固相法,以葡萄糖为碳源,Y2O3为掺杂剂,制备锂离子电池正极材料Li1-xYxFePO4/C(x=0、0.01、0.02和0.03).材料的首次充放电比容量随着x的增加先升高,后降低.加入5%的葡萄糖,x=0.01和0.02的材料,0.1 C首次放电比容量分别为131.37 mAh/g和142.10 mAh/g.     

锂离子电池正极材料Li3+xV2(PO4)3-x(SiO4)x(0≤x≤0.3)合成及电化学性能

采用溶胶凝胶结合碳热还原法制备了一种新型锂离子电池正极材料.该材料中,硅酸根取代了磷酸钒锂中的部分磷酸根,得到组成为Li3+xV2(PO4)3-x(SiO4)x(0≤x≤0.3)的材料.采用沥青作为碳源,碳既是还原剂又作为导电剂.比较了x=0,0.05,0.1,0.2,0.3时,材料的库仑效率,容量和循环性能.当x=0...     

液相无焰燃烧合成LiNi_xMn_(2-x)O_4(x≤0.10)及电化学性能研究

采用液相无焰燃烧法一步合成了一系列LiNi_xMn_(2-x)O_4(0≤x≤0.10)正极材料。通过XRD、SEM和电化学测试分析了所合成样品的结构、微观形貌和电化学性能。结果表明,所有合成的LiNi_xMn_(2-x)O_4正极材料都是尖晶石型LiMn_2O_4结构。LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4在1C、循环500次后的放电比容量最高为79.3mAh·g~(-1)。CV测试显示,LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4在循环500次后的氧化还原电位差最小,仅为0.18V,这说明其电化学极化较弱且有良好的电化学可逆性。EIS测试表明,在所有的样品中,LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4样品的活化能(Ea)最小为23.81KJ·mol~(-1)。故掺杂适量的Ni离子能够有效改善锂离子电池正极材料的循环可逆性和电化学性能。     

热电池FeS_2涂膜阴极制备及性能研究

以FeS2为原料制备成水基浆料,在石墨纸基体上涂布制成了FeS2涂膜阴极片材。研究结果表明,FeS2原料粒径对附着力有直接影响。采用此FeS2涂膜阴极制备的单体电池的放电性能和压制阴极的单体电池相同;但FeS2涂膜阴极单体电池装配的热电池组放电时电压稳定性不如压制阴极,需进一步研究改进。     

LiCo_xNi_(1-x)O_2的合成及其性能

报告了共沉淀法合成LiCoxNi(1-x)O2的工艺及其电化学性能。结果表明：在一定的工艺条件下，合成的LiCoxNi(1-x)O2(x=0.1,0.2,0.3)有较高的容量和较好的循环寿命。     

碳酸盐共沉淀法制备LiNi_(0.8)Co_(0.20-x)Al_xO_2

用碳酸盐共沉淀法制备了正极材料LiNi0.8Co0.20-xAlxO2(x=0.05、0.10和0.15)。Ni-Co-Al的碱式碳酸盐与LiOH·H2O混合,在700～800℃下煅烧16h,可制得有良好α-NaFeO2二维层状结构的球形LiNi0.8Co0.20-xAlxO2。铝掺杂促进了烧结,但掺杂过多会导致过度烧结和异形晶粒出现,降低性能。在750℃下煅烧制备的材料LiN0.8Co0.15Al0.05O2,0.2C首次放电比容量为162.1mAh/g,第20次循环时的容量保持率为94.6%。     

La_(0.75)Nd_(0.05)Pr_(0.2)B_5 电极性能的研究

通过对制备好的ＬａｘＮｄｙＰｒ１－ｘ－ｙＢ５系列合金放电容量的初步测定，发现所设计合金放电容量均在２７６ｍＡｈ／ｇ～３０１ｍＡｈ／ｇ之间。为评价所设计合金的综合性能，本文选取其中一种成分即Ｌａ０．７５Ｎｄ０．０５Ｐｒ０．２Ｂ５，采用ＳＥＭ、ＸＰＳ等测试手段，对合金循环寿命、表面状态，ＰＣＴ曲线等性能进行了测定。测定结果表明，合金的表面状态对其活化速度具有一定影响，金属Ｎｉ弥散分布在Ｌａ２Ｏ３基体上，有助于氢的吸附和解析，使合金活化速度加快。此外，对合金粒度与放电容量、循环寿命间关系的研究表明：粒度分布在１００目～３００目间和５００目以下的合金放电容量较高，但大颗粒合金较小颗粒合金循环寿命长     

类钙钛矿复合氧化物La_(2-x)Sr_xNiO_4的合成及电学性能

采用柠檬酸硝酸盐燃烧法合成了La2-xSrxNiO4(LSN)阴极材料,并系统地研究了LSN的热膨胀性能、电子电导率,并考察了基于Ce1.8Sm0.2O1.9(SDC)电解质的LSN电极极化性能.结果表明,自燃烧产物经1 000℃煅烧2 h形成了单一的K2NiF4结构,25～800℃范围内,LSN材料的热膨胀系数在13.7×10-6～14.3×10-6K-1. La1.4Sr0.6NiO4电子电导率最高,为151.5～155.7 S/cm(600～800 ℃).极化测试结果显示,未掺杂的LSN具有最小的极化电阻(0.48Ω·cm2,800℃),电流密度为0.3 A/cm2时,过电位约为0.083 V.