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核技术 2022年第10期45卷 54-62页

作者：叶臣城耿佳辉谢俊俊林逍李振亚边文杰张林娟王雅静王建强沈阳化工大学理学院沈阳110142 中国科学院上海应用物理研究所上海201800 上海氢程科技有限公司上海201815 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240

固体氧化物电池(Solid Oxide Cell,SOC)是高温电解水蒸气制氢和氢燃料利用的核心器件。为了避免SOC批量制备过程中大量有机溶剂的使用,本文开发了两种不同组分的水系流延浆料,并进行了浆料的分散状态与稳定性的定量分析。利用一次流延45... 详细信息

固体氧化物电池(Solid Oxide Cell,SOC)是高温电解水蒸气制氢和氢燃料利用的核心器件。为了避免SOC批量制备过程中大量有机溶剂的使用,本文开发了两种不同组分的水系流延浆料,并进行了浆料的分散状态与稳定性的定量分析。利用一次流延450μm左右的NiO-YSZ支撑体薄膜,丝网印刷氢电极功能层和电解质层、阻隔层和氧电极层制备10 cm×10 cm大尺寸全电池。通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)分析浆料状态对薄膜成型的微观结构的影响,并利用伏安特性(I-V)和电化学阻抗(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)研究了全电池的电化学性能。以氢为燃料的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)模式下,最大发电功率为0.36 W·cm^(−2)(750℃@0.7 V),在固体氧化物电解水蒸气(Solid Oxide Electrolysis Cell,SOEC)模式中,电解电流密度可以达到−0.68 A·cm^(−2)(750℃@1.3 V)。因此,该水系流延浆料的开发与应用,使得SOC的工业批量生产过程更环保。

关键词：可逆固体氧化物电池流延技术水系浆料分散状态

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磷酸铁锂正极浆料分散技术的研究进展

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电池 2014年第4期44卷 241-243页

作者：孙晓宾吕岩宫娇娇仝俊利中航锂电(洛阳)有限公司河南洛阳471003

结合磷酸铁锂(LiFePO_4)的结构和表面化学性质,分析了浆料团聚机理。阐述了分散剂改善LiFePO_4正极浆料分散效果的电空间位阻稳定机制,综述了分散剂在该领域的应用进展,讨论了分散剂的电化学稳定性、相对分子质量和用量以及合浆的加料... 详细信息

结合磷酸铁锂(LiFePO_4)的结构和表面化学性质,分析了浆料团聚机理。阐述了分散剂改善LiFePO_4正极浆料分散效果的电空间位阻稳定机制,综述了分散剂在该领域的应用进展,讨论了分散剂的电化学稳定性、相对分子质量和用量以及合浆的加料顺序对分散效果的影响。

关键词：锂离子电池分散水系浆料团聚

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流延成型法制备直接碳固体氧化物燃料电池的研究及应用

流延成型法制备直接碳固体氧化物燃料电池的研究及应用

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作者：汪维华南理工大学

学位级别：硕士

直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)因具备能量密度高、环境友好、无须贵金属催化剂、全固态结构等显著优点而受到世界各国研究者的关注。本论文的研究内容围绕流延成型法制备的DC-SOFC及其在便携式电源方面的应用而展开:深入探讨了流... 详细信息

直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)因具备能量密度高、环境友好、无须贵金属催化剂、全固态结构等显著优点而受到世界各国研究者的关注。本论文的研究内容围绕流延成型法制备的DC-SOFC及其在便携式电源方面的应用而展开:深入探讨了流延成型法制备的Ni-YSZ阳极支撑的DC-SOFC及其YSZ电解质与LSCF阴极之间的问题;制备了一种新型的通过在电解质上打孔实现单电池串联的DC-SOFC电池组;同时,采用水系流延成型法制备了电解质支撑的DC-SOFC,为降低电池的制备成本、消除有机溶剂浆料造成的环境污染问题提供了实验基础。流延成型法作为一种工艺简单、成本低廉、可实现工业化和大规模生产的陶瓷成型工艺,不仅适合用于制备电解质薄膜,还适用于制备电极薄膜。本文采用流延成型法制备了阳极支撑的固体氧化物燃料电池(SOFC),电解质材料为钇稳定化的氧化锆(YSZ),阳极为镍和YSZ构成的金属陶瓷(Ni-YSZ),阴极为LSCF-GDC/LSCF复合材料,同时在阴极与电解质之间制备了YSZ-GDC/GDC双过渡层。分别采用含3 vol.%HO的加湿氢气和担载5 wt.%Fe的活性炭为燃料,对电池的输出性能及阻抗谱进行测试。采用加湿氢气为燃料的测试结果表明:在800℃下,采用双过渡层电池的开路电压达到1 V,最大功率密度为680 mW×cm,相比未改良电池的最大功率密度(372 mW×cm)提高了83%。采用活性碳为燃料时,具有双过渡层的电池在850℃时的开路电压达到0.95 V,最大输出功率密度达到429 mW×cm,比无双过渡层的电池(225 mW×cm)几乎高出1倍。特别是,双过渡层的加入还使直接使用碳燃料的SOFC的燃料利用率提高了33%。虽然阳极支撑的DC-SOFC的功率密度比较高,但是其机械强度以及稳定性远远不如电解质支撑的电池,这极大削弱了阳极支撑DC-SOFC的实际应用价值。为了进一步提升DC-SOFC在实际应用中的可行性,本文采用流延成型法制备了单片平板式电解质支撑的四节串联DC-SOFC电堆。通过Zeta电位和粘度的表征,对YSZ电解质流延成型浆料进行了表征和优化。然后采用优化后的浆料制备带电连接孔的电解质平板,总有效面积为8.8 cm。以5 g担载5 wt.%Fe的活性炭作为燃料对电堆进行电化学测试,在820℃,其开路电压为3.82 V,输出功率达到了2.2 W。在800℃下,以200 mA的恒定电流放电,在超过3.0 V的电压平台下稳定放电达10.5 h,然后在14 h后电压降为0 V,总放电能量为8.6 W×h。本工作为DC-SOFC在便携式或分布式电源的应用开发提供了理论依据。以上实验中的DC-SOFC都是采用非水系流延成型工艺制备的,虽然该工艺干燥速率快,润湿性能好,生坯质量高,但是其溶剂易燃且成本高。而水系溶剂具有无毒无害、不易燃、易获取、成本低的优点,因此而逐渐取代了非水系流延成型工艺。但水系流延成型工艺用于YSZ电解质制备的研究有限,限制了其应用和发展。为此,本文研究了采用水系流延成型工艺制备YSZ电解质支撑的DC-SOFC。通过采用红外加热装置加快了生坯的干燥速率,缩短了电池的制备周期。同时,通过在电解质浆料中加入4 wt.%AlO助烧剂以及控制烧结温度,不仅促进了YSZ电解质的烧结,同时还提高了电池的电化学性能。然后,将含有4 wt.%AlO且烧结温度为1450℃的电解质组装成电池,以0.5 g担载Fe(5 wt.%)的活性炭为燃料进行测试,该电池在850℃的开路电压为1.00V,最大功率密度为351 mW×cm,在800℃、30 mA的恒电流下持续放电时间长达25.3h,能量密度为0.82 W×h×g。

关键词：直接碳固体氧化物燃料电池流延成型法双过渡层阴极电解质平板水系浆料

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