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复合阳极Ni-Fe/Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)在阴极支撑单电池的性能及其表征

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无机盐工业 2022年第1期54卷 34-38页

作者：由宏新王强彭炼大连理工大学化工学院辽宁大连116024

为了提高固体氧化物燃料电池在中温条件下的电性能,探索了一种双金属阳极的阴极支撑单电池。单电池以La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3)(LSC)-Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)(GDC)为阴极支撑体,旋涂了甘氨酸-硝酸盐法制备的La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)电解质及Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)缓冲层,涂覆了由硬模板法和浸渍法结合制备的Ni-Fe/GDC双金属阳极。对制备材料进行了XRD和微观形貌分析,单电池电化学测试在800℃和750℃下,以氢气为燃料的最大功率密度达0.73 W/cm^(2)和0.64 W/cm^(2),以甲烷为燃料时达0.41 W/cm^(2)和0.40 W/cm^(2)。测试后的SEM表明,阳极具有多孔的微观结构,金属颗粒均匀包覆蠕虫状GDC,保证了单电池具有较高的发电性能。

关键词：固体氧化物燃料电池阴极支撑复合阳极双金属阳极硬模板法

Sr和Ni掺杂对锰铬酸镧基SOFC阳极性能的影响规律与机制

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Sr和Ni掺杂对锰铬酸镧基SOFC阳极性能的影响规律与机制

作者：陈冬梅景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells,SOFCs）由于高能量转换效率、低污染物排放等优势,成为目前非常有前景的能量转换装置。传统的Ni-YSZ阳极材料在使用时受到很多限制,如硫中毒和碳沉积等问题,因此开发替代镍基材料的阳极材... 详细信息

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells,SOFCs）由于高能量转换效率、低污染物排放等优势,成为目前非常有前景的能量转换装置。传统的Ni-YSZ阳极材料在使用时受到很多限制,如硫中毒和碳沉积等问题,因此开发替代镍基材料的阳极材料是目前SOFCs研究的一个热点。铬酸镧基（La Cr O）钙钛矿材料因其具有良好的抗积碳性、耐硫性以及氧化还原稳定性等,成为被研究广泛的SOFCs阳极材料,例如LaSrCrMnO（LSCM）阳极材料。传统的LSCM材料存在工况环境中晶体结构不稳定以及催化活性偏低等问题,因此本论文针对以上问题展开了研究与讨论。全文主要内容如下:（1）采用溶胶–凝胶法（Sol-gel）制备LaSrCrMnO（LSCM,x=0,0.1,0.2,0.3）粉体,分析了不同温度还原处理后各样品的晶体结构类型及转变规律,探讨了不同晶型的结构稳定性差异及相互间的转变机制。X射线衍射分析（XRD）结果表明,在1100℃下烧成制得的粉体中,当x≤0.2时LSCM为纯相,x=0.3时存在杂相。样品经过还原处理后,LSCM发生菱方相与正交相之间的结构转变。综合分析X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶红外光谱（FTIR）和第一性原理计算结果发现,高温还原处理的LSCM体系的结构转变规律受与Mn浓度密切相关的Jahn-Teller畸变控制,菱方相的存在与Sr掺杂引起的体系结合能升高共同导致了含Sr的LSCM材料在高温还原气氛条件下的结构稳定性低于不含Sr的LCM材料。（2）研究Sr掺杂对LSCM的电化学性能的影响。结果表明,在还原气氛下,Sr掺杂导致材料中形成更多氧空位造成阳极电子电导率的降低,x=0时LSCM材料获得最高的电子电导率（850℃,6.35 S/cm）。以LSCM-GDC为复合阳极制备单电池,其中当x=0时电池具有最高的功率密度（850℃、172.76 m W/cm）及最低的极化阻抗（850℃、0.48Ω·cm）。交流阻抗法（EIS）和弛豫时间分布（DRT）表明,在传统LSCM材料中去除Sr后得益于材料电导率的提高,改善阳极对氢气的催化氧化能力。（3）为提高阳极电化学性能,以LCM材料为基体,在B位以Ni元素取代部分Mn元素,制备了La CrMnNiO（LCMN,y=0.1、0.2、0.3、0.4）阳极材料。当y=0.4时,电池获得最高功率密度（850℃下为255.28 m W/cm,此时极化阻抗为0.43Ω·cm）,综合DRT和SEM结果分析发现,较高性能的输出主要得益于固溶于钙钛矿晶格内的Ni金属还原后能够在基体表面析出,加速阳极界面的电荷转移和加强对燃料气的催化氧化能力。此外制备了LCMN04-GDC/LS03CM-GDC多层阳极,提高了阳极的离子导电性能,在850℃下,最高功率密度为316.90 m W/cm,极化阻抗为0.31Ω·cm。

关键词：固体氧化物燃料电池复合阳极钙钛矿相变纳米颗粒析出

甲烷为燃料SrMo_(0.94)Fe_(0.06)O_(3-δ)-GDC复合阳极的SOFC输出性能研究

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中国陶瓷 2023年第12期59卷 37-42页

作者：何志平卢丹丽黄东方东华理工大学江西省新能源工艺及装备工程技术研究中心南昌330013 泉州工艺美术职业学院泉州362500

将化学相容性良好的SrMo_(0.94)Fe_(0.06)O_(3-δ)(SMF)与Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)进行复合,制备成SOFC阳极材料,研究以甲烷为燃料的情况下单电池功率输出性能,借助电化学工作站测试了电池的电化学阻抗,分析了单电池的运行稳定性... 详细信息

将化学相容性良好的SrMo_(0.94)Fe_(0.06)O_(3-δ)(SMF)与Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)进行复合,制备成SOFC阳极材料,研究以甲烷为燃料的情况下单电池功率输出性能,借助电化学工作站测试了电池的电化学阻抗,分析了单电池的运行稳定性和阳极侧的积碳情况。结果表明,随着GDC含量逐渐增多,阳极的极化电阻先增加后减小,含50 wt%GDC复合阳极的单电池获得了最大功率密度值112.4 mW·cm^(-2);能谱显示阳极内存在部分积碳现象,使得单电池输出性能偏弱,而GDC的添加能够减弱阳极的积炭行为。研究成果可为甲烷燃料气下的阳极研究提供参考和借鉴。

关键词： SrMoO_(3) 复合阳极输出性能积碳

固体氧化物电解池铁酸锶镧基复合阳极的制备及性能研究

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无机材料学报 2010年第9期25卷 979-982页

作者：王娟娟张勇孔江榕邓长生徐景明清华大学核能与新能源技术研究院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084 中南大学化学化工学院长沙410083

分别采用丝网印刷和浸渍法两种工艺制备了固体氧化物电解池(SOEC)铁酸锶镧(LSF)基复合阳极,通过XRD、TEM、SEM等手段对LSF粉体和复合材料的相结构和微观结构进行了分析,利用电位扫描以及电化学阻抗谱(EIS)比较了这些复合阳极在SOEC工作... 详细信息

分别采用丝网印刷和浸渍法两种工艺制备了固体氧化物电解池(SOEC)铁酸锶镧(LSF)基复合阳极,通过XRD、TEM、SEM等手段对LSF粉体和复合材料的相结构和微观结构进行了分析,利用电位扫描以及电化学阻抗谱(EIS)比较了这些复合阳极在SOEC工作温度800-C时的电化学性能.结果表明,采用共沉淀-共沸蒸馏(CP-AD)合成的LSF20(La0.8Sr0.2FeO3-δ)粉体粒径约为20～30nm,其都分布在氧化锆(YSZ)陶瓷骨架上;800℃时,浸渍法工艺制备的LSF20-YSZ复合阳极在0.1V极化过电位下的极化电流值为0.38～0.49A/cm2,约为丝网印刷工艺制备的电化学性能的2～2.5倍.

关键词：复合阳极制备工艺电化学性能

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)基固体氧化物电解池复合阳极的制备及性能

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无机材料学报 2011年第10期26卷 1049-1052页

作者：孔江榕周涛刘鹏张勇徐景明中南大学化学化工学院长沙410083 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 长沙理工大学物理与电子科学学院长沙410114

采用丝网印刷工艺制备了带有SDC阻挡层的固体氧化物电解池La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)基复合阳极,利用动电位扫描及电化学阻抗谱分析考察了该材料在800℃时的电化学性能,电化学阻抗谱的研究表明,O2-在电极发生氧化反应生成O2的反... 详细信息

采用丝网印刷工艺制备了带有SDC阻挡层的固体氧化物电解池La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)基复合阳极,利用动电位扫描及电化学阻抗谱分析考察了该材料在800℃时的电化学性能,电化学阻抗谱的研究表明,O2-在电极发生氧化反应生成O2的反应速率由电极/阻挡层界面的电荷转移、阻挡层/电解质界面的电荷转移以及氧气的解离吸附或在电极表面的扩散等三个电极过程控制.扫描电镜分析表明,经过长时间的电化学测试及升降温,阻挡层与电解质及复合电极部分均结合紧密,无缺陷.通过与传统的LSM-YSZ复合阳极的极化性能的对比,显示出LSCF材料在SOEC阳极领域良好的应用前景.

关键词：固体氧化物电解池复合阳极丝网印刷电化学性能

中温天然气燃料电池复合阳极NiO-La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_3-δ-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_2-δ的制备和性能研究

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无机化学学报 2008年第2期24卷 195-200页

作者：李茂华刘瑞泉新疆大学化学化工学院乌鲁木齐830046

采用共压-共烧结的方法制备了以NiO-La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-δ复合阳极为支撑、以Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为电解质、以La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF)-Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为复合阴极的单电池,在400￣700℃范围内,以加湿天然气(3%H2O)为燃料气,氧气为氧化气,测试了电池的放电性能。利用XRD、SEM、EDX等手段对复合阳极进行结构、化学相容性、微观型貌和碳元素分析。分析结果表明,符合阳极具有较好的化学相容性,且阳极和阴极具有较好的孔隙、孔道结构。EDX测试结果表明有少量的碳沉积。在600℃进行了电池的稳定性测试。测试结果表明,该电池在13h的测试过程中功率无明显衰减,具有较好的稳定性。复合阳极单电池在600℃得到最大电流密度,为215.49mA·cm-2;最大功率流密度为44.85mW·cm-2。

关键词：中温固体氧化物燃料电池天然气 NiO/LSCM/SDC 复合阳极

固体氧化物燃料电池La_(0.7)Sr_(0.3)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ)-SDC复合阳极性能研究

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稀土 2013年第3期34卷 7-12页

作者：安雷张玢郜建全赵文广安胜利内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010 东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳114010

利用溶胶-凝胶法制备了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)阳极粉体。X射线衍射(XRD)分析结果显示,在1000℃下焙烧4 h处理后,粉体为单一的钙钛矿相结构。应用单向压力成型方法、空气中1450℃下烧结8 h制备了Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)为电解质片... 详细信息

利用溶胶-凝胶法制备了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)阳极粉体。X射线衍射(XRD)分析结果显示,在1000℃下焙烧4 h处理后,粉体为单一的钙钛矿相结构。应用单向压力成型方法、空气中1450℃下烧结8 h制备了Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)为电解质片,应用丝网印刷方法在SDC电解质两侧分别涂覆La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ阳极和Pr0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC(PSCF-SDC)复合阴极,组成电解质支撑型固体氧化物燃料单电池。扫描电镜(SEM)观察显示,制备的电解质致密,阳极和阴极孔隙大小分布均匀,阳极厚度约为20μm,阴极厚度为10μm。用湿氢气作燃料,在800℃下获得的最大输出功率为232.84 mW/cm2,短路电流为919.84 mA/cm2。为了提高LSCM阳极材料催化活性,阳极中掺入少量SDC构成复合阳极。La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ-10%SDC复合阳极的单电池输出功率明显提高,最大输出功率为340 mW/cm2。

关键词： SOFC LSCM SDC 复合阳极钙钛矿结构

复合阳极NiO-SDC+LSGM的性能研究

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电源技术 2008年第1期32卷 43-46页

作者：郝家勇孙凡刘玉星新疆农垦科学院检测中心新疆石河子832000

采用共压-共烧结法分别制备了以50%(质量分数)NiO-(50-x)%(质量分数)Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)+x%(质量分数)La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-a(LSGM)(x=0、10、20、30、40)为阳极支撑,LSGM为电解质、La0.9Sr0.1Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)+Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为复合阴极的单电池片;用扫描电子显微镜(SEM)观察了电池片的微观结构;用X射线衍射(XRD)法分析了阳极材料于1250℃条件下烧结4h后的晶相结构;在350～600℃之间,以50℃为间隔,以干天然气为燃料气、氧气为氧化气测试了其电化学性能。结果表明:单电池阳极材料具有良好的孔道结构;在测试条件下,五种不同阳极组成的单电池中50%(质量分数)NiO-30%(质量分数)SDC+20%(质量分数)LSGM阳极支撑的单电池具有最佳的电化学性能,对天然气有更好的催化效果,在常压和600℃条件下其最大电流密度为229.32mA/cm2,最大比功率为45.86mW/cm2。

关键词：固体氧化物燃料电池天然气复合阳极

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复合阳极在甲烷燃料电池中的应用和研究

分析试验室 2009年第B5期28卷 45-48页

作者：李茂华张玲张涛张纵圆新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院乌鲁木齐830002

采用共压-共烧结的方法制备以NiO-La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-δ复合阳极为支撑,以Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为电解质,以La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF)-Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为复合阴极的单电池,在400～650℃范围内,以干甲烷为燃料气,氧气为氧化气,测试了单电池的性能。用SEM对单电池进行微观结构分析,并对电池在650℃进行了6 h的稳定性测试,结果表明,该电池在6 h的测试过程中功率有较大的衰减,单电池在650℃时得到电流密度和功率流密度分别为为258.26 mA/cm2,为51.31 mW/cm2。

关键词：复合阳极甲烷中温 SOFC