NiO/YSZ浆料凝胶固化、干燥、排胶及烧结工艺研究

采用凝胶注模工艺制备固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料NiO/YSZ是目前的研究热点之一.本文主要研究了凝胶注模工艺中引发剂和催化剂的加入量对凝胶固化时间的影响,干燥温度对坯体失重的影响,固相含量、造孔剂的种类及用量对瓷体收缩率的影响,并对还原后瓷体的电性能进行了表征.采用SEM、EDS方法分析表征样品.实验结果表明:在实验选定的100 mL浆料中,浓度为5wt%引发剂的加入量为2.0 mL,浓度为0.5vol%催化剂的加入体积量为1.0 mL,凝胶时间可以控制在20 min以内.NiO/YSZ阳极材料最佳干燥温度是25 ℃,固相含量为45vol%、采用15wt%石墨作为造孔剂,在1350 ℃烧成的NiO/YSZ阳极与固体电解质YSZ收缩率相匹配,氢气还原后NiO/YSZ阳极在600～800 ℃电导率达到800 S/cm,符合SOFC阳极材料电导率的要求.     

微生物燃料电池阳极材料的研究概况

综述了不同种类阳极材料(碳基材料、金属基材料、改性材料、天然材料和新型材料)在微生物燃料电池中的研究进展,对阳极材料在微生物燃料电池中作用机理进行了总结。探究了不同阳极材料所产生的输出功率、功率密度、电压、电流密度以及对污染物的降解效果,分析了提升产能的原因。对微生物燃料电池阳极材料的不足之处进行了阐述,对其未来发展提出了展望。     

微生物燃料电池阳极材料的研究进展

微生物细胞向阳极转移电子的能力是微生物燃料电池(microbial fuel cell,简称MFC)功率密度低的重要影响因素之一,高性能的MFC阳极要易于产电微生物细胞附着生长,易于电子从微生物细胞向阳极传递,同时要求阳极内部电阻小、导电性强、阳极电势稳定.文章综述了MFC阳极材料的研究进展.     

锂离子电池纳米NiO阳极材料的研究进展

氧化镍(NiO)作为锂离子电池阳极材料具有熔点高、比容量大、性能稳定、安全性好、易于制备等优点受到人们的重视。简要介绍了NiO阳极材料的特点,分析了NiO贮锂机理,详细讨论了不同方法制备NiO粉体和薄膜的结构和电化学性能,以及掺杂、电流密度等对NiO电化学性能的影响。     

包裹沉淀法制备Ni/YSZ阳极材料及性能研究

采用共沉淀法在NiO表面均匀地包裹了一层无定形氢氧化锆。在600℃和800℃下煅烧，YSZ包裹层结晶得到20nm左右的立方ZrO2。Ni／YSZ阳极材料主要的微观结构的变化是金属Ni的团聚和粗化。在NiO表面的YSZ层，有效地抑制了Ni的烧结，并防止了Ni的团聚。经过SEM分析，YSZ形成了连续的网络结构，Ni均匀地分布在YSZ网络结构中。     

微生物燃料电池阳极材料的修饰研究进展

简要介绍了微生物燃料电池以及微生物燃料电池阳极材料,分别从碳纳米管、导电聚合物、石墨烯、金属及金属离子、中介体以及复合材料等方面介绍了目前微生物燃料电池阳极材料修饰的研究进展,最后展望了微生物燃料电池的应用前景。     

环氧树脂多孔复合材料的制备及性能

以环氧树脂为基体、蓖麻油酸(RA)或二聚蓖麻油酸(DRA)改性的四乙烯五胺(TEPA)(RATEPA/DRATEPA)作为固化剂、水为致孔剂、釉粉为无机填料,通过树脂-水-填料悬浮乳液复合体系聚合法,在室温下合成了环氧树脂多孔材料,采用SEM、压汞仪、电子万能试验机、TGA对多孔材料的形貌、孔径分布、孔隙率、机械性能及热性能进行了表征和测试。结果表明:随着水相质量分数和填料粒径的增大,多孔材料的孔径和孔隙率增大,压缩强度减小;随着固化剂分子量的增大,多孔材料的孔径和孔隙率减小,压缩强度增大。当填料粒径为40μm,固化剂为RATEPA,m(水相)∶m(树脂相)=2∶1时,多孔材料的综合性能最佳,其最可几孔径为3.449μm,孔隙率为21.8%,压缩强度为26.89 MPa。TGA和DTG测试结果表明:环氧树脂多孔材料的热稳定良好,具有耐高温性能,可以在高温条件下应用。     

金属陶瓷阳极材料的高效固体氧化物燃料电池研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)利用金属陶瓷作阳极材料,具有能量转换效率高、燃料适用性强和无腐蚀等优点,是当今一种先进的能量转换装置。本文分析了固体氧化物燃料电池在电解质和电极材料方面的性能和特点,研究了金属陶瓷阳极材料及SOFC单电池的伏安特性和性能,探讨了固体氧化物燃料电池的应用和发展前景。     

Ni/YSZ复合粉末及材料的液相制备技术

镍金属与氧化锆陶瓷不完全润湿,完全不溶解,低微层次复合特别是液相复合技术是制备理想镍/氧化钇稳定氧化锆(Ni/YSZ)金属陶瓷的必由之路,本文概述了其相关的纳米复合粉末及材料的研究动态。     

模板法制备多孔碳修饰微生物燃料电池阳极的研究

以MCM-22分子筛为模板、蔗糖为碳前驱体、镍离子为催化剂,将无定型碳转化成多孔碳材料(PC),采用SEM测试、BET测试对其表面形貌及比表面积进行表征,采用EIS测试和CV测试对其修饰电极进行电化学性能表征,并将其修饰电极装配于微生物燃料电池(MFC)中运行,对MFC进行性能分析和COD去除率分析。SEM测试显示PC结构呈碎片化片状结构,BET测试其比表面积为578.66 m~2·g~(-1)。EIS测试显示,PC修饰碳布(PC-CC)的活化阻抗较小,仅为2.6Ω,CV测试中PC-CC也出现了较弱的氧化还原峰。与以未修饰的空白碳布为阳极的MFC相比,以PC-CC为阳极的MFC的COD去除率和最大功率密度均有提高。表明PC作为阳极修饰材料能够有效提升MFC性能,其简易的制作流程为大规模制备MFC阳极提供了可能。     

一种新型的水系流延工艺制备中温SOFC电解质YSZ薄膜

采用-种新型的水系流延工艺制备中温SOFC电解质YSZ薄膜浆料.研究了同时添加粘结剂和分散剂的浆料的流变性,不同含量粘结剂对这种浆料粘度的影响,该工艺对流延片的干燥特性、生坯密度和坯片烧结性能的影响.实验结果表明:该浆料的假塑性程度和浆料的粘度随着B-1070的含量增加而减小;发现采用该工艺的干燥时间明显缩短;YSZ坯片的生坯密度大大提高,相对密度达到55.3%.所得流延素坯在1450℃保温2小时烧结能获得相对密度达98.5%的YSZ电解质薄膜.     

PMMA含量对水系流延IT-SOFC性能的影响

通过向阳极添加单一分散性的球形造孔剂PMMA改善阳极的微观结构,研究不同含量的PMMA对阳极的孔隙率、显微结构、电性能的影响。文中分别制备了造孔剂(PMMA)含量分别为6wt.%、8wt.%、10wt.%和12wt.%四种阳极材料的单电池,通过测试阳极还原前的开口气孔率分别为17vol.%,22.4vol.%,30.6vol.%和42.1vol.%;单电池的最大功率密度分别为0.66W/cm2、0.78W/cm2、1.15W/cm2和1.01W/cm2;极化电阻分别为1.12Ω.cm2、1.03Ω.cm2、0.88Ω.cm2和1.02Ω.cm2。实验结果表明:以单一分散性的球形PMMA为SOFC阳极材料的造孔剂,其最佳添加量为10wt.%,所制备的单电池可以获得最佳的电化学性能,即以3%H2O+H2为燃料气,750℃下,单电池的开路电压(OCV)为1.01V,最大功率密度为1.15W/cm2,极化电阻为0.88Ω.cm2。     

Structure and conductivity of NiO/YSZ composite prepared via modified glycine-nitrate process at varying sintering temperatures

Nickel oxide and Yttria-stabilized zirconia (NiO/YSZ) composite is one of the most promising mixed conducting electrode materials in both solid oxide electrolysis cell and solid oxide fuel cell applications. In this study, 50 wt% NiO and 50 wt% YSZ composite was synthesized via a modified glycine-nitrate combustion process (GNP) and the effect of sintering temperatures (1100 °C, 1300 °C and 1500 °C) on its microstructure and electrical properties were investigated. TG/DTA and in-situ high temperature XRD revealed the thermal property behavior and the structural changes of the as-combusted precursor material. For all the samples sintered at different temperatures, room temperature XRD patterns revealed a distinct cubic phases of both YSZ and NiO while SEM images showed a porous microstructure. The total conductivities at 700 °C are 9.87 × 10⁻³, 5.26 × 10⁻³, 4.02 × 10⁻³ S/cm for the 1100, 1300, and 1500 °C with activation energies of 0.1722, 0.3555, and 0.3768 eV, respectively. Conductivity measurements of the different sintered samples revealed that the total conductivities as well as the activation energies are greatly affected by different sintering temperatures.     

Performance evolution of NiO/yttria-stabilized zirconia anodes fabricated at different compaction pressures

Nickel oxide (NiO)/yttria-stabilized zirconia (YSZ) anode substrates were fabricated at four compaction pressures, 70, 200, 500 and 1000 MPa, the particle size distributions of NiO and YSZ were investigated with the powders treated at different compaction pressures, and the effects of compaction pressure on the performance of anodes with and without pore-formers were investigated by studying the effects of compaction pressure on the sintering shrinkage, compaction density, sintered density and electrical conductivity of anodes and the performance of cells. Experimental results demonstrated that the mismatch in the sintering shrinkages of YSZ films and the anodes compacted at 70 and 1000 MPa caused gas leakage across the films and thus a higher local temperature than the furnace temperature. The single cell with the anode using pore-former and compacted at 500 MPa exhibited the best output performance of 2.66 W cm⁻² at 800 °C.     

溶胶－凝胶法制备SiO_2膜的研究

研究了正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）和硅溶胶水解聚合过程中溶胶聚合物分子的生长过程。用ＴＥＯＳ和硅溶胶作原料，用溶胶－凝胶法制备了有载体和无载体的ＳｉＯ＿２膜。由不同原料引起的聚合物分子的不同生长模式将引起无载体ＳｉＯ＿２膜孔径的较大差异。用ＴＥＯＳ制得的无载体ＳｉＯ＿２膜无１．７ｎｍ以上的孔，而用硅溶胶制得的ＳｉＯ＿２膜平均孔径为７．５ｎｍ，且孔径分布狭窄。用ＴＥＯＳ作原料可在载体α－Ａｌ＿２Ｏ＿３上制得无大孔缺陷厚约０．８μｍ的ＳｉＯ＿２膜，膜的纯氮气渗透表现出Ｋｎｕｄｓｅｎ扩散特征。制膜时涂膜－干燥循环不少于三次才可避免产生大孔缺陷。     

Influence of doctor blade gap on the properties of tape cast NiO/YSZ anode supports for solid oxide fuel cells

In this study, various tape cast NiO/YSZ anode support layers with similar geometric properties are fabricated by varying the doctor blade from 100?µm to 200?µm with an increment of 25?µm. The mechanical properties of the anode support layers are investigated by three point bending tests of 30 samples for each doctor blade gap. The reliability curves of the flexural strength data are also obtained via two-parameter Weibull distribution method. The effects of the doctor blade gap on the microstructure and the electrochemical performance of the anode support layers are determined via SEM investigations and single cell performance-impedance tests, respectively. The apparent porosities of the samples are also measured by Archimedes’ principle. The results indicate that the doctor blade gap or the resultant tape thickness influences the microstructure of tape cast NiO/YSZ anode supports significantly, yielding different mechanical and electrochemical characteristics. At a reliability level of 70%, the highest flexural strength of 110.20?MPa is obtained from the anode support layer with a doctor blade gap of 175?µm and the 16?cm² active area cell with this anode support layer also exhibits the highest peak performance of 0.483?W/cm² at an operating temperature of 800?°C. Thus, a doctor blade gap of 175?µm is found to have such a microstructure that provides not only better mechanical strength but also higher electrochemical performance.     

泡沫浸渍法制备多孔磷酸钙支架材料

采用泡沫浸渍法制备多孔磷酸钙支架材料,将聚氨酯泡沫体浸渍于磷酸钙水泥浆体中,水泥硬化后,通过在1 200℃烧结,去除其中的聚氨酯泡沫,得到羟基磷灰石基多孔磷酸钙陶瓷.这种多孔磷酸钙陶瓷可多次在室温浸渍于磷酸钙水泥浆体,得到孔隙率高,孔径可控的多孔材料,其贯通性好,抗压强度与松质骨相当.体外细胞培养实验表明,所制得的多孔材料具有良好的生物相容性.     

流延法制备ZrO2/不锈钢功能梯度材料

采用流延法制备了ZrO2/316L不锈钢功能梯度材料,利用成分分布函数设计梯度层厚度来减小各层间的残余应力,通过改变黏合剂添加量得到各梯度层中ZrO2的体积分数(φ)和黏合剂与混合粉体积比(M)的关系:M=1.029φ 1.652,并研究了烧结工艺对材料组织形貌的影响.结果表明:在真空无压条件下,1 350 ℃烧结可得到成分呈梯度变化,各梯度层界面结合良好的ZrO2/316L功能梯度材料.