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不同方法制备PrNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3-δ)阴极的性能对比研究

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稀有金属 2023年第1期47卷 186-192页

作者：时焕岗于洋渠吉发谭文轶自然资源部碳中和与国土空间优化重点实验室南京工程学院研究中心江苏南京211167 江苏省绿色低碳发展国际合作联合实验室江苏南京211167 南京工程学院环境工程学院江苏南京211167

采用固相反应法和乙二胺四乙酸-柠檬酸(EDTA-CA)联合络合法分别合成了PrNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3-δ) (PNC)材料,用于质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)的阴极。通过X射线衍射(XRD)研究了材料在不同煅烧条件后的相结构,通过比表面积及... 详细信息

采用固相反应法和乙二胺四乙酸-柠檬酸(EDTA-CA)联合络合法分别合成了PrNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3-δ) (PNC)材料,用于质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)的阴极。通过X射线衍射(XRD)研究了材料在不同煅烧条件后的相结构,通过比表面积及孔径分析仪(BET)研究材料的比表面积和孔结构,用扫描电子显微镜(SEM)观察了材料的微观结构,通过能量色散X射线谱仪(EDS)分析材料的元素分布,通过电化学阻抗谱(EIS)分析了材料作为H-SOFCs阴极使用时的极化电阻。结果表明,通过EDTA-CA联合络合法制备的粉体相结构更加稳定,且元素分布也更加均匀。EIS分析结果表明,通过两种方法制备的阴极材料在BaZr_(0.1)Ce_(0.7)Y_(0.1)Yb_(0.1)O_(3-δ)(BZCYYb)电解质上的氧还原过程活化能相近,但通过EDTA-CA联合络合法制备的阴极具有更低的极化电阻,500℃时对称电池上的极化电阻降低68%。

关键词：固体氧化物燃料电池(SOFCs) 阴极阻抗对称电池

低温固体氧化物燃料电池层级骨架阴极的制备与性能

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硅酸盐学报 2023年第7期51卷 1763-1772页

作者：韦斐王乐莹罗凌虹张双双程亮徐序杨琳景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院江西景德镇333403 景德镇陶瓷大学国家日用及建筑陶瓷工程技术中心江西景德镇333001 江门职业技术学院广东江门529090

为了提升低温固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能,设计制备了2种具有多功能层级骨架结构的La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)/Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ)(LSCF/GDC)阴极材料,研究了层级骨架阴极的显微结构和电化学性能。结果表... 详细信息

为了提升低温固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能,设计制备了2种具有多功能层级骨架结构的La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)/Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ)(LSCF/GDC)阴极材料,研究了层级骨架阴极的显微结构和电化学性能。结果表明:GDC初级骨架其孔隙率高达80.5%,充分保证了LSCF或GDC次级骨架的构建、后续负载以及工作态下的氧气扩散。采用弛豫时间分布分析不同阴极的电化学阻抗谱,以LSCF纳米颗粒为次级骨架,具有连续电子导电通道,显著增加了反应活性位点,后续负载的GDC纳米颗粒协同促进了氧气的吸附/解离,其600℃条件下的总极化电阻仅为_(0.2)36Ω·cm^(2),得到了制备工艺简单、氧还原反应活性强的层级骨架阴极,有望推动低温固体氧化物燃料电池的进一步发展。

关键词：低温固体氧化物燃料电池阴极层级骨架弛豫时间分布

中低温固体氧化物燃料电池阴极界面改性研究进展

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煤炭学报 2022年第9期47卷 3339-3350页

作者：郑紫微胡亮杨志宾雷泽葛奔彭苏萍中国矿业大学(北京)固体氧化物燃料电池研究中心北京100083

在碳达峰、碳中和目标下,我国迫切需要提高煤炭的利用效率,降低CO_(2)排放。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将碳氢燃料的化学能直接转换为电能的高效、环境友好的电化学转化装置。传统SOFC运行温度较高(800~1 000℃),长期高温运行会导... 详细信息

在碳达峰、碳中和目标下,我国迫切需要提高煤炭的利用效率,降低CO_(2)排放。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将碳氢燃料的化学能直接转换为电能的高效、环境友好的电化学转化装置。传统SOFC运行温度较高(800~1 000℃),长期高温运行会导致系统成本过高,关键材料性能衰减,以及组件间元素的互扩散、相反应等诸多问题。发展中低温SOFC已经成为未来SOFC技术发展的必然选择。然而,低温下,阴极缓慢的氧还原反应(ORR)动力学和不稳定性是制约SOFC技术发展的主要挑战。近年来,阴极界面改性作为一种提高中低温SOFC性能的有效策略得到广泛研究。通过设计不同的改性界面,可以显著加速阴极ORR动力学,有效地拓展阴极三相界面,提高阴极电催化活性,进而提高电池电化学性能;同时有效限制阴极颗粒长大,减少二次相生成,提高电池寿命。综述了界面改性的结构种类和特征(复合结构,膜状界面结构,骨架/表面涂覆结构),详细介绍了原子层沉积、脉冲激光沉积、湿法浸渍3种阴极界面改性技术,以及阴极界面改性对氧离子输运、氧还原反应活性以及稳定性的影响。最后,讨论了目前阴极界面改性技术存在的问题与挑战,以及克服这些问题的可能策略,为中低温SOFC阴极材料和结构的合理设计提供指导,为SOFC的实际应用奠定基础。

关键词：固体氧化物燃料电池阴极界面改性电催化性能稳定性

基于LnBaCo_(2)O_(5+δ)双钙钛矿结构SOFC阴极材料的研究进展

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材料导报 2022年第8期36卷 10-16页

作者：刘小伟孙宁刘湘林金芳军长春理工大学物理学院长春130022

随着人类社会的发展,能源与环境问题日益突出,固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效环保的发电装置一直以来备受社会各界的广泛关注和重视。阴极作为SOFC的重要组成部分,其性能的优劣直接影响电池的工作效率。近年来,低温化已成为SOFC... 详细信息

随着人类社会的发展,能源与环境问题日益突出,固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效环保的发电装置一直以来备受社会各界的广泛关注和重视。阴极作为SOFC的重要组成部分,其性能的优劣直接影响电池的工作效率。近年来,低温化已成为SOFC的发展趋势,具有混合离子-电子导电(MIECs)性质的电极材料因在中低温区(500~800℃)具备良好的催化性能而被广泛研究。其中,以钙钛矿为基本单元且有序化的层状结构氧化物LnBaCo_(2)O_(5+δ)作为SOFC阴极,在中低温区表现出优异的电化学性能,受到了国内外众多课题组的关注。本文主要综述了LnBaCo_(2)O_(5+δ)基双钙钛矿型阴极材料过去10年间的研究进展,并总结了不同修饰手段对LnBaCo_(2)O_(5+δ)性能的影响。

关键词：固体氧化物燃料电池双钙钛矿阴极电化学性能

纤维结构阴极La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3−δ)的制备与性能

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中国有色金属学报 2022年第4期32卷 1053-1062页

作者：李付绍徐应仙武青青邓明森贵州师范学院贵州省纳米材料模拟与计算重点实验室贵阳550018

本文采用溶液静电纺丝的方法,制备了一种纤维结构阴极材料La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3−δ),系统研究了该阴极材料的结构、热稳定性和电化学性能。结果表明:相对于常规粉末材料制备的普通颗粒结构阴极,纤维结构阴极的晶格热稳定性良好,孔隙... 详细信息

本文采用溶液静电纺丝的方法,制备了一种纤维结构阴极材料La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3−δ),系统研究了该阴极材料的结构、热稳定性和电化学性能。结果表明:相对于常规粉末材料制备的普通颗粒结构阴极,纤维结构阴极的晶格热稳定性良好,孔隙分布更加均匀合理,电化学性能更加优越。在800℃下,纤维结构阴极的界面电阻低至0.035Ω∙cm^(2),对应单电池的最大输出功率为930 mW/cm^(2),表现出快速的氧还原反应电极过程动力学;常规多孔结构阴极的界面电阻为0.065Ω∙cm^(2),对应单电池的最大输出功率仅为750 mW/cm^(2);在电池的运行过程中,纤维结构阴极的电化学性能也较稳定,在750℃和0.6 V恒电位载荷下运行15 h后,电池的输出功率从740 mW/cm^(2)缓慢衰减到660 mW/cm^(2),表明极化电阻的加剧程度较小。

关键词：固体氧化物燃料电池阴极电化学性能纤维结构

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Bi_(1-x)Ca_(x)FeO_(3-δ)的制备及其性能

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硅酸盐学报 2022年第5期50卷 1248-1256页

作者：冯伟伟赵慧粉沈睦夷陈涵郭露村南京工业大学材料科学与工程学院南京211816

开发具有优异电化学活性的阴极材料对中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的应用至关重要。采用固相法制备无钴阴极材料Bi_(1-x)Ca_(x)FeO_(3-δ)(BCFx,x=0.1、0.2和0.3),通过该体系材料的物相结构、电导率、氧传输特性以及电化学性能研究... 详细信息

开发具有优异电化学活性的阴极材料对中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的应用至关重要。采用固相法制备无钴阴极材料Bi_(1-x)Ca_(x)FeO_(3-δ)(BCFx,x=0.1、0.2和0.3),通过该体系材料的物相结构、电导率、氧传输特性以及电化学性能研究表明,950℃时可以合成具有单相钙钛矿结构的Bi_(1-x)Ca_(x)FeO_(3-δ)(x=0.1、0.2和0.3)阴极粉体。BCFx阴极材料中,样品BCF0.2具有较高的电化学催化活性,750℃时,对称电池极化阻抗为0.06Ω·cm^(2),Ni-(Y_(2)O_(3))_(0.08)(Zr O_(2))_(0.92)(Ni-8YSZ)(Ni-8YSZ)阳极支撑单电池最大功率密度为730 mW/cm^(2)。由电导弛豫结果得知,BCF0.2阴极良好的氧还原催化活性主要归因于其较高的氧扩散系数和表面交换系数。氧还原反应动力学研究表明,样品BCF0.2阴极氧还原反应的速率控制步骤为吸附氧的解离过程。

关键词：固体氧化物燃料电池阴极电导弛豫电化学性能

沉积物掩埋程度对海洋微生物燃料电池阴极电化学性能的影响

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西北工业大学学报 2022年第1期40卷 134-140页

作者：刘昕沛李洋赵阳国付玉彬中国海洋大学材料科学与工程学院山东青岛266100 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100

海洋沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)在海底产电并长期驱动传感器运行过程中,悬浮于水体中阴极易被海底沉积物掩埋从而影响产电性能,导致电池失效。在实验室中模拟沉积物分别掩埋1/3,1/2和2/3电池阴极,探究阴极电化学性能和电池产电规律... 详细信息

海洋沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)在海底产电并长期驱动传感器运行过程中,悬浮于水体中阴极易被海底沉积物掩埋从而影响产电性能,导致电池失效。在实验室中模拟沉积物分别掩埋1/3,1/2和2/3电池阴极,探究阴极电化学性能和电池产电规律。结果表明:随着阴极被沉积物掩埋程度增加,开路电位逐渐降低,而需要稳定的时间增加;阴极电容逐渐减小,最小电容降至32 F/cm^(2),是未掩埋对照组的0.72倍;动力学活性先降后升,最大活性为对照组的1.61倍(2/3组)。掩埋过程中,MSMFCs产电性能未受影响,最大功率密度达140.83 mW/m^(2)(1/3组),是对照组的1.21倍。可见,随着阴极被海底沉积物掩埋程度的增加,尽管阴极电化学性能下降、电池产电性能出现波动,但MSMFCs仍可正常工作。

关键词：海洋沉积物微生物燃料电池阴极掩埋程度电化学性能产电性能

单原子催化剂在氢燃料电池阴极氧还原反应中的研究进展

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太阳能学报 2022年第6期43卷 306-320页

作者：张鹏李佳烨潘原中国石油大学(华东) 重质油国家重点实验室青岛266580

氢燃料电池是一种高效、环境友好以及零碳排放的能量转化技术,然而高成本的贵金属催化剂阻碍了其规模化应用。单原子催化剂因具有高原子利用率、高催化活性和选择性、低成本等优点,对氧分子表现出优异的催化还原性能,在氢燃料电池中具... 详细信息

氢燃料电池是一种高效、环境友好以及零碳排放的能量转化技术,然而高成本的贵金属催化剂阻碍了其规模化应用。单原子催化剂因具有高原子利用率、高催化活性和选择性、低成本等优点,对氧分子表现出优异的催化还原性能,在氢燃料电池中具有广阔的应用前景。如何设计合成高效和低成本的单原子催化剂成为该领域的研究热点。重点综述贵金属单原子催化剂和非贵金属单原子催化剂在氢燃料电池阴极氧还原反应中的研究进展,总结提出增强单原子催化剂氧还原性能的调控策略,包括配位结构、局域环境、双原子对、缺陷位点以及暴露活性位点等调控机制,为从原子尺度设计高效氧还原催化剂提供了思路借鉴,并对氢燃料电池氧还原单原子催化剂的发展机遇与挑战进行了展望。

关键词：燃料电池氧还原反应催化剂阴极

阴极材质对电活化过硫酸盐降解盐酸四环素的影响

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现代化工 2023年第1期43卷 150-156,162页

作者：张晓栋张峰王东升李红艳崔佳丽崔建国太原理工大学环境科学与工程学院山西晋中030600 江苏中电创新环境科技有限公司江苏无锡214000

通过分槽实验研究了石墨、铜(Cu)和泡沫镍(NF)3种不同阴极电活化过硫酸盐(PDS)降解盐酸四环素(Tetracycline Hydrochloride,TCH),考察了操作条件对降解TCH的影响,并通过自由基猝灭实验、电化学行为等表征手段分析了降解TCH机理。结果表... 详细信息

通过分槽实验研究了石墨、铜(Cu)和泡沫镍(NF)3种不同阴极电活化过硫酸盐(PDS)降解盐酸四环素(Tetracycline Hydrochloride,TCH),考察了操作条件对降解TCH的影响,并通过自由基猝灭实验、电化学行为等表征手段分析了降解TCH机理。结果表明,PDS在阴极表面活化后产生的活性物质显著提高了TCH的降解效率,且TCH降解结果符合伪二阶动力学反应。阴极电活化体系中,PDS主要通过在电极表面获得电子完成活化;溶液体系内的主要活性物质为·SO_(4)^(-)和·OH,其中·OH占主导地位。在电流密度为20 mA/cm^(2)、PDS浓度为5 mmol/L、初始pH=7的条件下反应120 min,石墨阴极电活化体系中获得了56.7%的TCH降解率和14.2%的矿化率,表现优于Cu和NF阴极。材料的反应电荷转移能力不同是造成3种阴极电活化降解TCH存在差异的主因。

关键词：阴极过硫酸盐盐酸四环素电活化