张玉月
,
蔺杰
,
苗国栓
,
高建峰
,
陈初升
,
夏长荣
,
占忠亮
,
王绍荣
无机材料学报
doi:10.15541/jim20150225
采用相转化流延一步制备了NiO-Zr0.84Y0.16O2-δ(YSZ)阳极支撑层和功能层,前者厚度为～700 μm,含有沿厚度方向定向排列的开放直孔,后者厚度为～60 μm.采用浆料涂膜法和高温共烧在阳极上制备厚度为15 μm的YSZ电解质薄膜,丝网印刷制备YSZ-La0.84Sr0.16MnO3-δ (LSM)(质量比50:50)阴极.所制备的单电池显示出较高的电输出性能.以H2-3％H2O为燃料和环境空气为氧化剂,800℃时电池的峰功率密度达到891 mW/cm2,电池即使在高电流密度测试条件下也未出现明显的浓差极化,这是由于其阳极具有开放直孔结构,气相输运阻力小.
关键词:
固体氧化物燃料电池
,
阳极支撑体
,
相转化流延
,
浓差极化
骆婷
,
史坚
,
王绍荣
,
占忠亮
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2014.13235
采用共流延成型、共烧结法制备了以Ni-YSZ阳极支撑的氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)电解质膜.为提高电化学活性在支撑阳极与电解质膜之间引入了Ni-SSZ活性阳极.通过调整活性阳极的厚度和SSZ∶NiO的质量比优化了阳极活性;通过比较支撑阳极中添加不同造孔剂含量时的性能,优化了支撑阳极的孔隙率.研究结果表明,当活性层厚度为35 μm,质量比为w(SSZ)∶w(NiO)=1∶1,支撑层造孔剂含量为10wt％时,阳极活性最佳;采用丝网印刷并烧结LSM-SSZ复合阴极后,所得单电池在750℃的最高功率密度达到0.96 W/cm2,比优化前本课题组前期报道的性能提高了2.3倍.
关键词:
固体氧化物燃料电池
,
活性层
,
优化
,
流延法
马朝晖
,
孙春文
,
马超
,
吴昊
,
占忠亮
,
陈立泉
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61116-0
固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种在中高温下可以直接将储存在燃料中的化学能转换成电能的全固态电化学反应装置.因其具有能量转换效率高、环境友好、全固态结构以及可以使用碳氢化合物燃料等优点,近年来受到了广泛的关注.在诸多电极材料当中, Ni基金属陶瓷是 SOFCs中最常使用的阳极材料,这是由于金属 Ni具有优良的电子电导和催化性能.然而当使用碳基化合物燃料时,传统的 Ni金属陶瓷阳极材料面临严重的积碳、Ni颗粒长大以及硫中毒等问题.这些问题不仅会影响 SOFCs的寿命,而且还会严重地降低 SOFC的商业化进程.因此,开发具有高催化活性、抗积碳的阳极材料对碳氢化合物为燃料的固体氧化物燃料电池的发展至关重要.与金属基阳极相比,氧化物阳极的热膨胀系数与电解质材料更匹配,性能的可调控性更强.铁酸锶镧(LSF)是一种分子式为 ABO3的钙钛矿结构的氧化物,在高温下具有较高的电子电导率.据报道 LSF作为阴极材料时,表现出了良好的性能.但是 LSF作为阳极材料时,却存在着催化性能不足的问题.我们研究了 Ni掺杂的 La0.6Sr0.4FeO3-δ(LSFN),以提高其作为 SOFCs阳极材料的催化性能.同时采用将 LSFN在 SOFC工作气氛下原位还原的方法,在 LSFN颗粒表面原位生长出分布均匀的纳米颗粒.透射电镜分析结果表明该偏析的颗粒为 Ni-Fe合金.有报道显示, Ni-Fe合金对碳氢化合物氧化具有良好的催化活性,所以在 LSFN颗粒表面生成这种合金颗粒有利于提高阳极材料的催化活性.对于 Ni-Fe合金以均匀的纳米颗粒析出的原因,还有待进一步研究.为了研究 LSFN作为 SOFC电极材料的性能,我们采用浸渍法将 LSFN前驱体溶液浸渍到氧化钇稳定氧化锆(YSZ)一体化电池的对称多孔骨架中,经过焙烧,得到了具有对称结构的 SOFC单电池.所使用的 YSZ一体化骨架为中间层薄而致密,两边厚而多孔的三层结构,这种结构可以显著地降低电解质的厚度,从而达到降低单电池的阻抗的目的.这一新型对称电池结构具有如下优点：阳极表面上可能发生的硫毒化和积碳问题有可能通过将阳极和阴极反用而消除；氧化剂(空气)将冲走吸附在电极上的硫和碳粒子,从而使电极得以再生.此外,氧化还原稳定的阴极预期将提高阴极的寿命.对单电池的电化学测试结果表明, LSFN电极材料的最佳浸渍量为30 wt%,这是因为较低的 LSFN浸渍量(<30 wt%),不能形成连续的电子传导网络,电极的电子传导能力不足；而 LSFN电极材料的浸渍量高于30 wt%时则会降低电极反应的三相界面,从而影响电池的性能.在750oC下, LSFN为电极的单电池在以湿润 C3H8为燃料时其开路电压(OCV)达到了约1.18 V,高于以 H2为燃料电池的电压.以 CH4为燃料时, LSFN为电极的单电池的开路电压远高于 LSF为电极的单电池.在750oC下,以 C3H8为燃料时, LSFN和 LSF为电极的电池的峰值输出功率密度分别达到400和230 mW/cm2.这些结果表明,通过 Ni掺杂和原位焙烧,在 LSFN电极颗粒表面制备了均匀分布的 Ni-Fe合金纳米颗粒,极大地提高了铁酸锶镧材料对碳基燃料的催化活性.长期放电测试结果表明, LSF为电极的单电池在测试过程中,尾气可以收集到类似焦油状的黑色物质；而 LSNF为电极的单电池在测试过程中并没有观察到明显的焦油状物质生成.通过气相色谱-质谱联用分析,发现所产生的焦油状物质主要成分是含苯环、碳碳双建或碳碳三键的烃类.这说明 LSF电极只能使 C3H8部分氧化, LSFN对 C3H8等碳氢化合物燃料的氧化具有高的催化活性和良好的耐久性. Ni掺杂的 La0.6Sr0.4FeO3-δ阳极材料是一种有希望的碳基燃料 SOFCs对称电极.
关键词:
固体氧化物燃料电池
,
Ni掺杂La0.6Sr0.4FeO3-δ
,
对称电极
,
碳基燃料
朱剑莉
,
马桂林
,
占忠亮
中国稀土学报
采用硝酸盐-柠檬酸法制备了 BaZr0.1 Ce0.7 Y0.2 O3-α(BZCY)质子电解质及GdBaFeNiO5+δ(GBFN)阴极材料,用浆料旋涂法结合后续的热处理在NiO-BZCY阳极支撑体上制备致密的BZCY电解质薄膜,在电解质薄膜上制备多孔性GBFN阴极膜,成功地组装成合成氨膜反应器.以氢、氮气为反应气体,通过电解方法进行了常压合成氨试验.结果显示,BZCY及GBFN分别具有钙钛矿型及双钙钛矿型结构,NiO与BZ-CY具有良好的化学兼容性,合成氨产率高达1.63 ×10-8 mol·s-1·cm-2,高于迄今所报道的类似方法的合成氨产率.这与BZCY电解质膜优良的导电性能、GBFN膜优良的极化性能密切相关.Ag对GBFN的修饰也有利于氨产率的提高.
关键词:
常压合成氨
,
GdBaFeNiO5+δ
,
陶瓷膜
,
阴极材料
,
质子导体
,
稀土
